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Die
Erfindung betrifft einen elektrischen Steckverbinder zum lösbaren
Verbinden eines mehradrigen Kabels mit einem Gegensteckverbinder,
mit einem das Kabel bzw. die Adern des Kabels umgebenden Griffkörper,
mit einem eine Mehrzahl von Kontaktelementen aufnehmenden bzw. haltenden Kontaktträger
und mit einem drehbar angeordneten hülsenförmigen
Gewindeteil, wobei die einzelnen Kontaktelemente elektrisch leitend
mit den einzelnen Adern verbunden sind und wobei das hülsenförmige Gewindeteil
mit einem korrespondierenden hülsenförmigen Gewindeteil
des Gegensteckverbinders verschraubbar ist.
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Daneben
betrifft die Erfindung noch eine elektrische Steckverbindung mit
einem Steckverbinder und einem Gegensteckverbinder, wobei der Steckverbinder
eine Überwurfschraube als hülsenförmiges
Gewindeteil aufweist und der Gegensteckverbinder eine Außenhülse
mit einem zum Außengewinde der Überwurfschraube
des Steckverbinders korrespondierenden Innengewinde und einen eine Mehrzahl
von Gegenkontaktelementen aufnehmenden bzw. haltenden Gegenkontaktträger
aufweist. Schließlich betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zum
Anschließen der Adern eines mehradrigen Kabels an einen
elektrischen Steckverbinder.
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Elektrische
Steckverbindungen bestehen im wesentlichen aus zwei Teilen, dem
elektrischen Steckverbinder und dem Gegensteckverbinder. Sowohl
der Steckverbinder als auch der Gegensteckverbinder weisen jeweils
einen Kontaktträger mit einer Mehrzahl von Kontakten auf,
bei denen es sich entweder um Kontaktstifte oder um korrespondierende
Kontaktbuchsen handelt. In Abhängigkeit davon, ob in dem
jeweiligen Kontaktträger die Kontaktstifte oder die Kontaktbuchsen
angeordnet sind, wird das zugehörige Verbindungsteil auch
als Stecker oder als Buchse bezeichnet. In der Praxis ist es zumeist
so, dass der Steckverbinder, dessen Kontaktträger die Kontaktstifte
aufweist, d. h. der Stecker, eine Überwurfschraube mit
einem Außengewinde als hülsenförmiges
Gewindeteil und der Steckverbinder, in dessen Kontaktträger
die Kontaktbuchsen angeordnet sind, d. h. die Buchse, eine Außenhülse
mit einem Innengewinde aufweist. Werden mit der Steckverbindung
zwei Kabel mitein ander verbunden, so ist die Außenhülse
der Buchse als eine Art Überwurfmutter ausgebildet.
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Derartige
elektrische Steckverbindungen bzw. Steckverbinder werden als Industriestecker
in der Automatisierungstechnik sowohl in Schaltschränken
als auch bei Feldgeräten in unterschiedlichen Ausführungsformen
eingesetzt. Weite Verbreitung haben dabei insbesondere die Bauformen
M8 und M12 mit 4, 5, 6 oder auch 8 Kontakten gefunden. Die Steckverbinder
dienen dann zum Anschluss von Anschlusskabeln mit einer entsprechenden
Anzahl an Adern, wobei die einzelnen Adern jeweils aus einem Leiter
und einer den Leiter umgebenden Aderisolation bestehen und gemeinsam
von einer Kabelisolation umgeben sind. Anstelle eines massiven Leiters können
die Adern auch mehrere Litzen aufweisen, wobei nachfolgen – ohne
Einschränkung hierauf – stets nur von Leitern
die Rede ist; dies soll somit stets auch Litzen umfassen.
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Elektrische
Steckverbinder können entweder frei konfektionierbar oder
bereits fertig verdrahtet sein, wobei dann der Kontaktträger
und das Kabel in der Regel von dem Griffkörper umspritzt
sind. Dabei kann auch der Griffkörper selber durch Umspritzen der
Kontaktträger hergestellt werden.
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Bei
einem vom Verbraucher nicht frei konfektionierbaren Steckverbinder
erfolgt die elektrische und mechanische Verbindung der einzelnen
Adern bzw. Leiter eines Kabels mit den einzelnen Kontaktelementen
insbesondere durch eine Lötverbindung oder durch eine Crimpverbindung.
Bei der Crimp-Anschlusstechnik wird das abisolierte Ende einer Ader in
eine entsprechende Anschlußhülse (Crimphülse) oder
einen hülsenförmigen Endabschnitt des Kontaktelements
axial eingeführt und anschließend durch mechanisches
Zusammendrücken der Crimphülse bzw. des hülsenförmigen
Endabschnitts elektrisch und mechanisch mit der Crimphülse
bzw. dem Kontaktelement verbunden. Durch das in DIN EN 60352-2 genormte
Crimpen erfolgt eine lötfreie elektrische Verbindung, wobei
die Crimpverbindung sowohl durch Handcrimpwerkzeuge als auch mittels halb-
oder vollautomatischer Crimpmaschinen hergestellt werden kann. Das
Abisolieren der Adern und das Crimpen der Kontaktelemente lässt
sich maschinell in einem Arbeitsgang durchführen, so dass
die Crimptechnik das Löten weitgehend in den Hintergrund
verdrängt hat.
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Elektrische
Steckverbindungen sind Schnittstellen, die elektrische Signale oder
Leistungen übertragen, wobei die Steckverbindungen bzw.
Steckverbinder je nach Anwendungsfall unterschiedliche Anforderungen
erfüllen müssen. Bei Steckverbindern, die in der
Signal- und Datentechnik eingesetzt werden, insbesondere bei solchen
Steckverbindern, die innerhalb von Netzwerken und Feldbussen eingesetzt
werden, müssen entsprechend der Datenübertragungsrate
des jeweiligen Netzwerks bzw. Feldbusses gewisse hochfrequente Randbedingungen
berücksichtigt werden, um ein einwandfreies Übertragen
der Signale und Daten zu gewährleisten.
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Werden
Steckverbinder bzw. Steckverbindungen für die Signal- und
Datentechnik nicht nur in Bürogebäuden sondern
auch im rauen industriellen Umfeld eingesetzt, so müssen
die Steckverbinder bzw. Steckverbindungen entsprechend robuster
ausgebildet sein und eine möglichst hohe Schutzart, vorzugsweise
IP67 aufweisen. Aus diesem Grund sind handelsübliche RJ45-Stecker,
wie sie aus dem Bürokommunikationsbereich bekannt sind,
im industriellen Bereich nur eingeschränkt einsetzbar.
Daher sind Schutzgehäuse, so genannte Tüllengehäuse,
entwickelt worden, die ein bereits mit einem Kabel verbundenen RJ45-Stecker
aufnehmen können und dadurch den Stecker gegen äußere
Einflüsse und Beschädigungen schützen.
Ein entsprechendes Schutzgehäuse ist beispielsweise aus
der
DE 100 31 341
C2 bekannt.
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Um
die im industriellen Bereich weit verbreiteten Steckverbinder der
Bauform M12, die eine ausreichende mechanische Robustheit und Schutzklasse
aufweisen, auch im Bereich der Signal- und Datentechnik, insbesondere
bei Netzwerken und Feldbussen – und hier insbesondere auch
für Ethernet-Anwendungen – einsetzen zu können,
muss deren innerer Aufbau dahingehend modifiziert werden, dass die
Anforderungen hinsichtlich der Datenübertragung erfüllt
werden können. Insbesondere bei höheren Übertragungsraten
sind dabei Steckverbinder mit einer größeren Anzahl
an Kontakten, insbesondere mit acht Kontakten, erforderlich. Vergrößert
sich die Anzahl der Kontakte, so führt dies – bei
ansonsten gleich bleibendem Durchmesser des Steckverbinders – aufgrund
der geringen Abmessungen zu einer aufwendigeren Montage des Steckverbinders
sowie zu einem aufwendigeren Anschluss der einzelnen Adern an die
einzelnen Kontaktelemente.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen eingangs
beschriebenen elektrischen Steckverbinder dahingehend weiterzuentwickeln,
dass die Montage des Steckverbinders, insbesondere die Montage der
Kontaktelemente im Kontaktträger einfacher möglich
ist. Darüber hinaus liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde,
eine elektrische Steckverbindung anzugeben, die bei möglichst
kompaktem Aufbau besonders gut für die Signal- und Datenübertragung
im rauen industriellen Umfeld geeignet ist.
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Die
zuvor genannte Aufgabe ist bei dem eingangs beschriebenen elektrischen
Steckverbinder dadurch gelöst, dass in dem Kontaktträger
eine der Anzahl der Kontaktelemente entsprechende Anzahl an nach
außen offenen, parallel zur Längsachse des Kontaktträgers
verlaufenden Nuten ausgebildet ist, und dass in der dem Gegensteckverbinder
zugewandten Stirnseite des Kontaktträgers, angrenzend an
die Nuten, eine der Anzahl der Nuten entsprechende Anzahl an Durchgangslöchern
ausgebildet ist, durch die die den Adern abgewandten Enden der Kontaktelemente
im montierten Zustand in Längsrichtung der Kontaktelemente
hindurchragen.
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Durch
die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Kontaktträgers
wird das Einführen der Kontaktelemente in den Kontaktträger
wesentlich erleichtert. Durch die Ausbildung der nach außen
offenen Nuten anstelle der ansonsten bei Kontaktträgern
ausgebildeten, sich über die gesamte Länge des
Kontaktträgers erstreckenden Durchgangslöcher,
kann ein Kontaktelement mit seinem der angeschlossenen Ader abgewandten
Ende einfach durch das Durchgangsloch in der Stirnseite des Kontaktträgers
durchgesteckt werden, wobei das Kontaktelement beim Durchstecken
durch das Durchgangsloch einen Winkel zur Längsachse des
Kontaktträgers größer Null aufweisen
kann. Das freie Ende des Kontaktelements kann somit ”schräg
von der Seite” durch das Durchgangsloch durchgesteckt werden
und erst danach in die korrespondierende Nut eingeschwenkt werden.
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Diese
Vorgehensweise vereinfacht das Einführen der bereits mit
den Adern verbundenen Kontaktelemente in den Kontaktträger
erheblich. Zum einen müssen die freien Enden der Kontaktelemente nur
durch die in der Stirnseite des Kontaktträgers ausgebildeten
Durchgangslöcher, deren Länge wesentlich geringer
ist als die Gesamtlänge des Kontaktträgers, durchgesteckt
werden.
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Zum
anderen erleichtert die Möglichkeit des Einsteckens der
Kontaktelemente ”schräg von der Seite” die
Montage auch einer Mehrzahl von Kontaktelementen bei einem kompakten
Steckverbinder.
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Gemäß einer
vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die Durchgangslöcher
in der Stirnseite des Kontaktträgers trichterförmig
ausgebildet, wobei sich der Innendurchmesser der Durchgangslöcher von
der den Nuten zugewandten Seite zur dem Gegensteckverbinder zugewandten
Seite vergrößert. Die trichterförmige
Ausbildung der Durchgangslöcher erleichtert die Schrägstellung
der Kontaktelemente beim Einstecken in die Durchgangslöcher.
Das Durchstecken und Einschwenken der Kontaktelemente wird dabei
weiter erleichtert, wenn die Trichterform der Durchgangslöcher
konzentrisch zur bevorzugten Einsteckrichtung der Kontaktelemente ausgerichtet
ist. Zusätzlich können die Durchgangslöcher
so ausgebildet sein, dass an ihrer schmalsten Stelle einen geringfügig
größeren Durchmesser als die durchzusteckenden
Enden der Kontaktelemente aufweisen.
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Die
einzelnen Kontaktelemente sind bei dem erfindungsgemäßen
elektrischen Steckverbinder nur in einem relativ geringen Bereich
ihrer Gesamtlänge in einem Durchgangsloch geführt,
während das freie Ende aus dem Durchgangsloch herausragt
und das den Adern zugewandte Ende im montierten Zustand in der nach
außen offenen Nut angeordnet ist. Dadurch ist die axiale
Ausrichtung der Kontaktelemente weniger gut gesichert als bei herkömmlichen
Kontaktträgern, bei denen die Länge der Durchgangslöcher
der Länge des Kontaktträgers entspricht. Um die axiale
Ausrichtung der Kontaktelemente in dem Kontaktträger besser
zu gewährleisten, ist daher vorzugsweise vorgesehen, dass
die Durchgangslöcher auf der dem Gegensteckverbinder zugewandten Stirnseite
des Kontaktträgers jeweils von einem Kragen umgeben sind.
Damit der Kragen das Einstecken des freien Endes eines Kontaktelements ”schräg
von der Seite” nicht behindert, weisen die Kragen auf der der
Mittelachse des Steckverbinders zugewandten Seite jeweils eine Unterbrechung
auf.
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Um
die axiale Ausrichtung der Kontaktelemente in dem Kontaktträger
besser zu gewährleisten, und um ein ungewolltes Herausschwenken
der Kontaktelemente aus den Nuten zu verhindern, ist in den einzelnen
Nuten vorzugsweise eine Einschnürung ausgebildet, in die
die Kontaktelemente beim Einschwen ken in die Nuten einrasten können.
Weisen die Kontaktelemente korrespondierend zu den Nuten einen Abschnitt
mit einem vergrößerten Durchmesser auf, beispielsweise
ein den Adern zugewandtes hohles Ende, so kann auf einfache Art und
Weise eine Verrastung zwischen der in den Nuten ausgebildeten Einschnürung
und dem Abschnitt mit vergrößertem Durchmesser
realisiert werden.
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Die
zuvor beschriebene erfindungsgemäße Ausgestaltung
des Kontaktträgers kann grundsätzlich bei allen
Rundsteckverbindern eingesetzt werden. Besonders vorteilhaft ist
die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Kontaktträgers
jedoch bei solchen Steckverbindern, die eine größere
Anzahl an Kontaktelementen aufweisen, insbesondere bei Steckverbindern,
die zum Anschluss von Kabeln mit vier Adernpaaren dienen und somit
acht Kontaktelemente aufweisen. Bei einem derartigen Steckverbinder
ist gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der
Erfindung vorgesehen, dass der Kontaktträger aus vier Kontaktträgerteilen
besteht, die jeweils eine viertelkreisförmige Grundfläche
aufweisen. Ist der Steckverbinder zum Anschluss von vier Adernpaaren vorgesehen,
so sind in jedem Kontaktträgerteil zwei Nuten und in der
dem Gegensteckverbinder zugewandten Stirnseite jedes Kontaktträgerteils
korrespondierend zwei Durchgangslöcher ausgebildet. Die beiden
Adern eines Adernpaares, welche vorzugsweise miteinander verdrillt
sind, werden somit mit zwei Kontaktelementen verbunden, die nach
der Montage in einem Kontaktträgerteil angeordnet sind.
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Dient
der elektrische Steckverbinder zum Anschluss eines Kabels der Signal-
und Datentechnik, insbesondere zum Anschluss eines Kabels, bei dem
die verdrillten Adernpaare, mit einem metallischen Schirm umgeben
sind (FTP = Foiled Twisted Pair bzw. PiMF = Paar in Metallfolie),
so weist der elektrische Steckverbinder gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausgestaltung zusätzlich eine zylinderförmige
Hülse mit einem sich in Längsrichtung der Hülse
erstreckenden, innerhalb der Hülse angeordneten kreuzförmigen
Schirmungselement auf. Die vier Kontaktträgerteile sind
dann derart innerhalb der zylinderförmigen Hülse
angeordnet, dass die einzelnen Kontaktträgerteile durch
die Arme des kreuzförmigen Schirmungselements voneinander
getrennt sind. Hierdurch kann ein Übersprechen von einem Adernpaar
auf ein anderes Adernpaar weitestgehend unterbunden werden, wozu
die Hülse und das Schir mungselement vorzugsweise aus Metall
bestehen. Zur vereinfachten Montage des elektrischen Steckverbinders
sind dabei die Hülse und das Schirmungselement vorzugsweise
einstückig ausgebildet.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausgestaltung ragt das kreuzförmige Schirmungselement
auf der dem Kabel zugewandten Seite aus der Hülse heraus, so
dass an dem herausragenden Ende des Schirmungselements die metallischen
Schirme der einzelnen verdrillten Adernpaare (PiMF) befestigt werden können,
wodurch die Abschirmung zwischen den einzelnen Adernpaaren weiter
verbessert und somit die Wahrscheinlichkeit eines Übersprechens
von einem Adernpaar auf ein anderes Adernpaars weiter verringert
wird.
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Um
die Positionierung der einzelnen Kontaktträgerteile innerhalb
der Hülse weiter zu erleichtern, ist am Innenumfang der
Hülse vorzugsweise ein Anschlag für die Kontaktträgerteile
ausgebildet. Nach dem Einstecken der Kontaktelemente in die einzelnen
Kontaktträgerteile können diese somit einfach
in die durch die Hülse und das kreuzförmige Schirmungselement
gebildeten Kammern eingesteckt werden.
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Bei
der eingangs beschriebenen elektrischen Steckverbindung bestehend
aus einem Steckverbinder und einem Gegensteckverbinder, wobei der
Steckverbinder einen ein Kabel umschließenden Griffkörper,
einen eine Mehrzahl von Kontaktelementen aufnehmenden bzw. haltenden
Kontaktträger und eine drehbar angeordnete Überwurfschraube
mit einem Außengewinde und der Gegensteckverbinder eine
Außenhülse mit einem zum Außengewinde
der Überwurfschraube korrespondierenden Innengewinde und
einen eine Mehrzahl von Gegenkontaktelementen aufnehmenden bzw.
haltenden Gegenkontaktträger aufweist, wird die Eignung
der Steckverbindung für die Signal- und Datenübertragung,
insbesondere für Ethernet-Anwendungen dadurch auf einfache
Art und Weise verbessert, dass die Gegenkontaktelemente des Gegensteckverbinders
einen sich in axialer Richtung erstreckenden Bereich aufweisen, in
dem der Außendurchmesser zur Impedanzanpassung verringert
ist.
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Um
eine fehlerfrei Datenübertragung bei Steckverbindungen,
insbesondere bei solchen, die bei Busverbindungen oder Netzwerken
mit hohen Datenübertragungsraten eingesetzt werden, gewährleisten
zu können, müssen bestimmte hochfrequente Randbedingungen
berücksichtigt werden. Neben dem möglichst geringen Übersprechen
zwischen einzelnen Adernpaaren ist dabei die Reduzierung der Rückflussdämpfung
von besonderer Bedeutung. Die Rückflussdämpfung
(Return Los) wird im Wesentlichen durch die Homogenität
des Wellenwiderstands bestimmt. Tritt in Ausbreitungsrichtung der
elektromagnetischen Welle ein Impedanzsprung auf, so führt
dies zu Reflektionen, die sich mit den zu übertragenden
Nutzsignalen überlagern können, so dass es durch
Interferenzen zur teilweisen Auslöschung des zu übertragenden
Nutzsignals kommen kann.
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Da
bei einer elektrischen Steckverbindung, die im industriellen Bereich
eingesetzt werden soll, neben den hochfrequenten Randbedingungen
auch andere Anforderungen, wie eine möglichst hohe Schutzklasse,
eine ausreichende Kompaktheit bei gleichzeitig hoher mechanischer
Stabilität und eine möglichst einfache Herstellbarkeit
berücksichtigt werden müssen, kann es vorkommen,
dass die Kontaktelemente des Steckverbinders in der Praxis eine andere
differenzielle Längsimpedanz aufweisen als die Gegenkontaktelemente
des Gegensteckverbinders. Erfindungsgemäß ist
nun erkannt worden, dass ein Unterschied zwischen der differenziellen
Längsimpedanz der Kontaktelemente des Steckverbinders und
der differenziellen Längsimpedanz der Gegenkontaktelemente
des Gegensteckverbinders dadurch weitestgehend reduziert werden
kann, dass die Gegenkontaktelemente einen sich in axialer Richtung
erstreckenden Bereich aufweisen, in dem der Außendurchmesser – im
Vergleich zum Außendurchmesser in den anderen Bereichen
des Gegenkontaktelements – verringert ist.
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Dadurch
ist eine Impedanzanpassung der Gegenkontaktelemente an die Kontaktelemente möglich,
ohne dass andere Parameter der Steckverbindung, beispielsweise die
elektrische Leitfähigkeit der Kontaktelemente und der Gegenkontaktelemente oder
der Anstand der Kontaktelemente bzw. der Gegenkontaktelemente zueinander
verändert werden müssen. Da die differenzielle
Längsimpedanz vom Verhältnis des Durchmessers
eines Kontaktelements bzw. Gegenkontaktelements zum Mittenabstand
zu benachbarten Kontaktelemente bzw. Gegenkontaktelemente abhängt,
kann die differenzielle Längsimpedanz der Gegenkontaktelemente
durch Veränderung des Durchmessers der Gegenkontaktelemente so
angepasst werden, dass die differenzielle Längsim pedanz
der Gegenkontaktelemente näherungsweise einem vorgegebenen
Sollwert, beispielsweise 100 Ohm entspricht.
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Gemäß einer
vorteilhaften Ausgestaltung der elektrischen Steckverbindung ist
das den Gegenkontaktelementen zugewandte Ende der Kontaktelemente
stiftförmig und das den Kontaktelementen zugewandte Ende
der Gegenkontaktelemente hohl ausgebildet, so dass die stiftförmigen
Enden der Kontaktelemente in die hohlen Enden der Gegenkontaktelemente
eingesteckt werden können. Sind die den Kontaktelementen
abgewandten Enden der Gegenkontaktelemente stiftförmig
ausgebildet, so können die Gegenkontaktelemente geräteseitig
einfach mit einer Leiterplatte, beispielsweise im Wellenlötverfahren
verbunden werden.
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Um
bei der elektrischen Steckverbindung auch im Gegenstecker ein Übersprechen
zwischen einzelnen Adern oder einzelnen Adernpaaren zu unterbinden,
besteht der Gegenkontaktträger des Gegensteckverbinders
gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung aus vier
Gegenkontaktträgerteilen, die jeweils eine viertelkreisförmige
Grundfläche aufweisen, wobei in jedem Gegenkontaktträgerteil
mindestens eine sich in Längsrichtung erstreckende Bohrung
zur Aufnahme eines Gegenkontaktelements angeordnet ist. Bei einer
derartigen Ausgestaltung des Gegenkontaktträgers sind die
vier Gegenkontaktträgerteile vorzugsweise durch ein innerhalb
der Außenhülse angeordnetes, sich in Längsrichtung
der Außenhülse bzw. des Gegenkontaktträgers
erstreckendes kreuzförmiges Schirmungselement gegeneinander
abgeschirmt. Die vier Kontaktträgerteile sind dabei vorzugsweise
an ihrem Außenumfang bereichsweise miteinander verbunden,
so dass das kreuzförmige Schirmungselement im montierten
Zustand des Gegensteckverbinders in entsprechenden Nuten, die zwischen
den einzelnen Gegenkontaktträgerteilen ausgebildet sind,
angeordnet ist.
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Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen
elektrischen Steckverbindung, bei der sowohl der Gegensteckverbinder als
auch der Steckverbinder ein kreuzförmiges Schirmungselement
aufweist, haben die einzelnen Arme des kreuzförmigen Schirmungselements
des Steckverbinders auf der dem Gegensteckverbinder zugewandten
Seite jeweils eine sich in Längsrichtung des Steckverbinders
erstreckende Verlängerung und die einzelnen Arme des kreuzförmigen
Schirmungselements des Gegensteckverbinders auf der dem Steckverbinder
zugewandten Seite jeweils eine sich in Längsrichtung des
Gegensteckverbinders erstreckende korrespondierende Gegenverlängerung.
Die Verlängerungen und die Gegenverlängerungen
sind dabei so angeordnet und ausgebildet, dass sie sich in axialer
Richtung überlappen, wenn der Steckverbinder und der Gegensteckverbinder
miteinander verbunden sind. Durch das axiale ”Überlappen” des kreuzförmigen
Schirmungselements des Steckverbinders mit dem kreuzförmigen
Schirmungselement des Gegensteckverbinders wird ein Übersprechen von
einem Adernpaar auf ein anderes Adernpaar über die gesamte
Länge der elektrischen Steckverbindung effektiv unterdrückt.
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Neben
dem eingangs beschriebenen elektrischen Steckverbinder und der zuvor
beschriebenen elektrischen Steckverbindung betrifft die vorliegende Erfindung
auch ein Verfahren zum Anschließen der Adern eines mehradrigen
Kabels an einen elektrischen Steckverbinder, wobei der elektrische
Steckverbinder – wie zuvor beschrieben – einen
Griffkörper, einen Kontaktträger zur Aufnahme
einer Mehrzahl von Kontaktelementen und ein drehbar angeordnetes
hülsenartiges Gewindeteil aufweist. Der Kontaktträger
des Steckverbinders weist dabei eine der Anzahl der Kontaktelemente
entsprechende Anzahl an nach außen offenen, parallel zur
Längsachse des Kontaktträgers verlaufenden Nuten
und in der den Adern abgewandten Stirnseite des Kontaktträgers, angrenzend
an die Nuten, eine entsprechende Anzahl an Durchgangslöchern
auf. Bei dem Verfahren ist das Anschließen der einzelnen
abisolierten Adern durch folgende Schritte gekennzeichnet:
- – Verbinden der einzelnen abisolierten
Enden der Adern mit den zugewandten Enden der einzelnen Kontaktelemente,
- – Durchstecken der den Adern abgewandten Enden der
Kontaktelemente durch die Durchgangslöcher in der Stirnseite
des Kontaktträgers, wobei die Kontaktelemente beim Durchstecken
einen Winkel zur Längsachse des Kontaktträgers
größer Null aufweisen, und
- – Einschwenken der Kontaktelemente in die Nuten im
Kontaktträger, so dass die Kontaktelemente und mit ihnen
die Adern parallel zur Längsachse des Kontaktträgers
verlaufen.
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Vorteilhafterweise
ist das erfindungsgemäße Verfahren bei einem elektrischen
Steckverbinder, bei dem das den Adern zugewandte Ende der Kontaktelemente
hohl ausgebildet ist, dadurch maschinell besonders einfach durchführbar,
dass die einzelnen abisolierten Enden der Adern in die hohlen Enden
der Kontaktelemente eingesteckt und durch mechanisches Zusammendrücken
(Crimpen) der Enden der einzelnen Adern mit den einzelnen Kontaktelementen
elektrisch leitend verbunden werden. Dazu kann ein Kontaktelement
mit in das hohle Ende eingeführter Ader in die Aufnahme
einer entsprechenden Pressbacke eingelegt werden und anschließend durch
Niederdrücken einer Gegenbacke das Kontaktelement im Bereich
der eingeführten Ader zusammengedrückt werden,
wodurch das abisolierte Ende der Ader mit dem Kontaktelement elektrisch
und mechanisch fest verbunden wird.
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Sind
die einzelnen Kontaktelemente mit dem damit elektrisch leitend verbundenen
Adern in den Kontaktträger oder in einzelne Kontaktträgerteile
eingesetzt, so wird der Kontaktträger bzw. die Kontaktträgerteile
vorzugsweise in eine zylinderförmige Hülse mit
einem innerhalb der Hülse angeordneten, sich in Längsrichtung
der Hülse erstreckenden kreuzförmigen Schirmungselement
eingeschoben. Danach wird das hülsenartige Gewindeteil
auf die Hülse aufgeschoben und anschließend die
mit den Kontaktelementen verbundenen Adern und das Kontaktträgerteil
bzw. die Kontaktträgerteile zur Herstellung eines Griffkörpers
umspritzt.
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Im
Einzelnen gibt es nun eine Vielzahl von Möglichkeiten,
den erfindungsgemäßen elektrischen Steckverbinder
bzw. die erfindungsgemäße elektrische Steckverbindung
und das erfindungsgemäße Verfahren auszugestalten
und weiterzubilden. Dazu wird verwiesen sowohl auf die den Patentansprüchen 1,
10 und 17 nachgeordneten Patentansprüche als auch auf die
nachfolgende Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
in Verbindung mit der Zeichnung. In der Zeichnung zeigen
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1 eine
perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen
elektrischen Steckverbinders,
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2 den
elektrischen Steckverbinder gemäß 1,
in Schnittdarstellung,
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3 eine
Exlosionsdarstellung der wesentlichen Bauteile des elektrischen
Steckverbinders gemäß 1,
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4 eine
vergrößerte Darstellung eines Teils des Steckverbinders,
mit angeschlossenen Adern,
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5 eine
vergrößerte Darstellung eines Kontaktträgerteils
des elektrischen Steckverbinders,
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6 zwei
Darstellungen eines Kontaktträgerteils mit zwei Kontaktelementen,
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7 zwei
Schnittdarstellungen des Kontaktträgerteils gemäß 6,
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8 eine
perspektivische Darstellung einer elektrischen Steckverbindung,
bestehend aus eine Steckverbinder und einem Gegensteckverbinder,
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9 die
elektrische Steckverbindung gemäß 8,
in Schnittdarstellung,
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10 eine
perspektivische Darstellung des Gegensteckverbinders der elektrischen
Steckverbindung,
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11 den
Gegensteckverbinder gemäß 10, in
Schnittdarstellung,
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12 eine
Explosionsdarstellung der wesentlichen Bauteile des Gegensteckverbinders,
und
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13 eine
vergrößerte Darstellung eines Gegenkontaktelements
des Gegensteckverbinders.
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Die 1 bis 3 zeigen
einen elektrischen Steckverbinder 1 als Teil einer insgesamt
in den 8 und 9 dargestellten elektrischen Steckverbindung,
wobei der elektrische Steckverbinder 1 zum lösbaren
Verbinden eines Kabels mit einem in den 10 bis 12 dargestellten
Gegensteckverbinders 2 dient. Der elektrische Steckverbinder 1 weist
einen das Kabel bzw. die – in 4 darge stellten – Adern 3 umgebenden
Griffkörper 4, einen insgesamt acht Kontaktelemente 5 aufnehmenden
und haltenden Kontaktträger 6 und eine drehbar angeordnete Überwurfschraube 7 mit
einem Außengewinde 8 auf. Der elektrische Steckverbinder 1 kann dadurch
mit dem Gegensteckverbinder 2 verbunden werden, dass die Überwurfschraube 7 mit
ihrem Außengewinde 8 in eine zum Gegensteckverbinder 2 gehörende
Außenhülse 9, die ein korrespondierende Innengewinde 10 aufweist,
eingeschraubt wird.
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Wie
aus den 1 und 10 erkennbar ist,
sind sowohl das Außengewinde 8 der Überwurfschraube 7 als
auch das Innengewinde 10 der Außenhülse 9 bereichsweise
unterbrochen, d. h. sowohl das Außengewinde 8 als
auch das Innengewinde 10 weisen mehrere in Steck- bzw.
Aufschraubrichtung vorgesehene gewindefreie Bereiche auf. Dadurch
ist es möglich, die Überwurfschraube 7 des
Steckverbinders 1 zunächst in die Außenhülse 9 des
Gegensteckverbinders 2 einzustecken, wobei zur sicheren Befestigung
von Steckverbinder 1 und Gegensteckverbinder 2 die Überwurfschraube 7 nur
um weniger als eine halbe Umdrehung verdreht werden muss. Dadurch
kann die zum Befestigen oder Lösen der Steckverbindung
benötigte Zeit deutlich reduziert werden. Eine ähnliche
elektrische Steckverbindung, bei der das Außengewinde und
das Innengewinde jeweils gewindefreie Bereiche aufweisen, wird von
der Anmelderin unter der Produktbezeichnung ”SPEEDCON” vertrieben
(vgl. Prospekt ”Industriestecker PLUSCON 2005”,
Seiten 58 und 59 der Phoenix Contact, Blomberg).
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Bei
der in den Figuren dargestellten bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen
elektrischen Steckverbinders 1 besteht der Kontaktträger 6 aus
vier separaten Kontaktträgerteilen 61, 62, 63, 64,
die jeweils eine viertelkreisförmige Grundfläche aufweisen.
Wie insbesondere aus den 5 bis 7 erkennbar
ist, sind in den einzelnen Kontaktträgerteilen 61, 62, 63, 64 jeweils
zwei nach außen offene, parallel zur Längsachse
des Steckverbinders 1 bzw. des Kontaktträgers 6 verlaufende
Nuten 11 ausgebildet. Die Nuten 11 dienen dabei
zur Aufnahme eines Teils der Kontaktelemente 5. Darüber
hinaus sind in der dem Gegensteckverbinder 2 zugewandten
Stirnseite 12 der einzelnen Kontaktträgerteile 61, 62, 63, 64 jeweils
zwei Durchgangslöcher 13 ausgebildet, die derart
in der Stirnseite 12 angeordnet sind, dass sie unmittelbar
an die Nuten 11 angrenzen, so dass die den Adern 3 abgewandten
Enden 14 der Kon taktelemente 5 im montierten Zustand durch
die Durchgangslöcher 13 hindurchragen. Da der
in den Figuren dargestellte elektrische Steckverbinder 1 insgesamt
acht Kontaktelemente 5 aufweist, sind in dem Kontaktträger 6 somit
insgesamt auch acht Nuten 11 und acht Durchgangslöcher 13 ausgebildet.
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Wie
insbesondere aus den jeweils beiden Darstellungen in den 6 und 7 ersichtlich
ist, kann durch die zuvor beschriebene Ausbildung der nach außen
offenen Nuten 11 sowie der Durchgangslöcher 13 ein
Kontaktelement 5 dadurch besonders einfach in dem Kontaktträger 6 bzw.
einem Kontaktträgerteil 61 montiert werden, dass
zunächst das freie, stiftförmige Ende 14 unter
einem Winkel zur Längsachse des Kontaktträgerteils 61 größer
Null, d. h. schräg von der Seite durch das Durchgangsloch 13 durchgesteckt
wird (6a und 7a).
Erst danach wird das Kontaktelement 5 in Längsrichtung
des Kontaktträgerteils 61 ausgerichtet, indem
das den Adern 3 zugewandten hohle Ende 15 des
Kontaktelements 5 in die Nut 11 eingeschwenkt
bzw. eingedrückt wird.
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Aus
den 5 bis 7 ist darüber hinaus erkennbar,
dass die Durchgangslöcher 13 auf der dem Gegensteckverbinder 2 zugewandten
Seite 12 des Kontaktträgers 6 bzw. der
einzelnen Kontaktträgerteile 61, 62, 63, 64 von
einem Kragen 16 umgeben sind, wobei der Kragen 16 auf
der der Mittelachse des Steckverbinders 1 zugewandten Seite
eine Unterbrechung 17 aufweist. Darüber hinaus
ist in den Nuten 11 im Bereich der den Adern 3 zugewandten hohlen
Enden 15 der Kontaktelemente 5 eine Einschnürung 18 ausgebildet.
Dadurch wird gewährleistet, dass die Kontaktelemente 5 nach
dem Einschwenken bzw. Eindrücken in die Nuten 11 nicht
ungewollt wieder aus den Nuten 11 herausschwenken bzw.
herausfallen können.
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Aus
der Explosionsdarstellung des elektrischen Steckverbinders 1 gemäß 3 ist
ersichtlich, dass der Steckverbinder 1 zusätzlich
noch eine zylinderförmige Hülse 19 mit
einem innerhalb der Hülse 19 ausgebildeten kreuzförmigen
Schirmungselement 20 und eine Schirmungshülse 21 aufweist.
Die zylinderförmige Hülse 19 mit dem
darin angeordneten, einstückig mit der Hülse 19 verbundenen
kreuzförmigen Schirmungselement 20 dient zur Aufnahme
der einzelnen Kontaktträgerteile 61, 62, 63, 64 mit
den darin angeordneten Kontaktelementen 5. Durch das kreuzförmige
Schirmungselement 20 werden somit die einzelnen Kontaktträgerteile 61, 62, 63, 64 und damit
die in den Kon taktträgerteilen 61, 62, 63, 64 angeordneten
Kontaktelemente 5 voneinander getrennt, so dass ein Übersprechen
zwischen einem, einem Kontaktträgerteil 61 zugeordneten
geschirmten Adernpaar und einem anderen, einem zweiten Kontaktträgerteil 62 zugeordneten
geschirmten Adernpaar weitestgehend unterbunden wird.
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Durch
die Anordnung der weiteren Schirmungshülse 21 auf
der dem Gegensteckverbinder 2 abgewandten Seite des elektrischen
Steckverbinders 1, die in dem durch Umspritzen hergestellten
Griffkörper 4 angeordnet ist, sind die einzelnen
Adern 3 bzw. die einzelnen Adernpaare zusätzlich
abgeschirmt. Aus 2 ist dabei erkennbar, dass
das kreuzförmige Schirmungselement 20 und die
Schirmungshülse 21 so angeordnet und ausgebildet
sind, dass sie sich in Längsrichtung des Steckverbinders 1 überlappen. In
der Schnittdarstellung sind außerdem auch noch ein Dichtring
und ein Federring erkennbar, die bei der Explosionsdarstellung gemäß 3 weggelassen sind,
da sie für die Erfindung nicht wesentlich sind.
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Aus
der Darstellung des Gegensteckverbinders 2 in den 10 bis 12 ist
ersichtlich, dass zu dem Gegensteckverbinder 2 neben der
Außenhülse 9 mit dem zum Außengewinde 8 der Überwurfschraube 7 korrespondierenden
Innengewinde 10 insbesondere noch ein insgesamt acht Gegenkontaktelemente 22 aufnehmender
und haltender Gegenkontaktträger 23 gehören.
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Aus
den 11 bis 13 ist
dabei ersichtlich, dass die Gegenkontaktelemente 22 einen
mittleren Bereich 24 aufweisen, in dem der Außendurchmesser – im
Vergleich zum Außendurchmesser der übrigen Bereiche
der Gegenkontaktelemente 22 – verringert ist.
Die Verringerung des Außendurchmessers der Kontaktelemente 22 im
mittleren Bereich 24 dient zur Anpassung der differenziellen
Längsimpedanz der Gegenkontaktelemente 22, wodurch
ein Impedanzsprung in Längsrichtung der elektrischen Steckverbindung
vermieden werden soll. Da die differenzielle Längsimpedanz
der einzelnen Gegenkontaktelemente 22 unter anderem von
deren Außendurchmesser sowie vom Mittenabstand der Gegenkontaktelemente 22 zueinander
abhängt, kann durch die Reduzierung des Außendurchmessers
im mittleren Bereich 24 der Gegenkontaktelemente 22 eine Impedanzanpassung
erreicht werden, ohne dass die Anordnung der einzelnen Gegenkontaktelemente 22 verändert
werden muss.
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Insbesondere
aus den 12 und 13 ist erkennbar,
dass das den Kontaktelementen 5 des elektrischen Steckverbinders 1 zugewandte
Ende 25 der Gegenkontaktelemente 22 hohl ausgebildet
ist, so dass die stiftförmigen Enden 14 der Kontaktelemente 5 in
die hohlen Enden 25 der Gegenkontaktelemente 22 eingesteckt
werden können. Die den Kontaktelementen 5 abgewandten
Enden 26 der Gegenkontaktelemente 22 sind dagegen
stiftförmig ausgebildet, so dass der Gegensteckverbinder 2 beispielsweise
mit einer Leiterplatte verbunden werden kann.
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Wie
insbesondere aus den 10 und 12 erkennbar
ist, besteht auch der Gegenkontaktträger 23 des
Gegensteckverbinders 2 aus vier Gegenkontaktträgerteilen 71, 72, 73, 74,
die jeweils eine viertelkreisförmige Grundfläche
aufweisen. Korrespondierend zu den Kontaktträgerteilen 61, 62, 63, 64 weisen
die Gegenkontaktträgerteile 71, 72, 73, 74 jeweils
zwei sich in Längsrichtung der Gegenkontaktträgerteile 71, 72, 73, 74 erstreckende
Bohrungen 27 zur Aufnahme der Gegenkontaktelemente 22 auf.
Im Unterschied zu den Kontaktträgerteilen 61, 62, 63, 64 sind
die vier Gegenkontaktträgerteile 71, 72, 73, 74 jedoch über
einen einstückig mit diesen verbundenen Ring 28 miteinander
verbunden.
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Ebenso
wie der elektrische Steckverbinder 1 weist auch der Gegensteckverbinder 2 ein
kreuzförmiges Schirmungselement 29 auf, durch
das die einzelnen Gegenkontaktträgerteile 71, 72, 73, 74 und damit
die darin angeordneten Gegenkontaktelemente 22 gegeneinander
abgeschirmt werden. Anstelle einer Hülse 19 weist
das kreuzförmige Schirmungselement 29 des Gegensteckverbinders 2 auf
der dem Steckverbinder 1 abgewandten Seite einen ringförmigen
Abschnitt 30 auf, der im montierten Zustand an der Stirnseite
der Außenhülse 9 anliegt. An dem ringförmigen
Abschnitt 30 sind vier Stifte 31 angeordnet, mittels
derer der Gegensteckverbinder 2 auf einer Leiterplatte
montiert werden kann.
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Aus
den Schnittdarstellungen gemäß den 2, 9 und 11 ist
ersichtlich, dass die einzelnen Arme des kreuzförmigen
Schirmungselements 20 des Steckverbinders 1 auf
der dem Gegensteckverbinder 2 zugewandten Seite jeweils
eine sich in Längsrichtung des Steckverbinders 1 erstreckende Verlängerung 32 und
die einzelnen Arme des kreuzförmigen Schirmungselements 29 des Gegensteckverbinders 2 auf
der dem Steckverbinder 1 zugewandten Seite jeweils eine
sich in Längsrichtung des Gegensteckverbinders 2 erstreckende
korrespondierende Gegenverlängerung 33 aufweisen.
Die Verlängerungen 32 und die Gegenverlängerungen 33 sind dabei
so angeordnet und ausgebildet, dass sie sich in axialer Richtung,
d. h. in Längsrichtung der Steckverbindung, überlappen,
wenn der Steckverbinder 1 und der Gegensteckverbinder 2 miteinander
verbunden sind (9).
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Um
eine richtige Zuordnung der einzelnen Kontaktelemente 5 zu
den einzelnen Gegenkontaktelementen 22 zu gewährleisten,
ist zwischen dem Steckverbinder 1 und dem Gegensteckverbinder 2 eine
Kodierung ausgebildet, so dass der Steckverbinder 1 und
der Gegensteckverbinder 2 nur in einer bestimmten Orientierung
zueinander miteinander verschraubt werden können. Die Kodierung
besteht dabei aus einer am Kreuzungsbereich des kreuzförmigen
Schirmungselements 20 ausgebildeten Kodiernase 34 und
einer an einem Gegenkontaktträgerteil 72 eingebrachten
korrespondierenden Kodierausnehmung 35.
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Die
Figuren zeigen eine besonders bevorzugte Ausgestaltung einer elektrischen
Steckverbindung, bestehend aus einem elektrischen Steckverbinder 1 und
einem Gegensteckverbinder 2, wobei der elektrische Steckverbinder 1 insbesondere
dafür vorgesehen und geeignet ist, vier geschirmte Adernpaare über
die in vier Kontaktträgerteilen 61, 62, 63, 64 angeordneten
acht Kontaktelemente 5 mit den im Gegenkontaktträger 23 angeordneten
acht Gegenkontaktelementen 22 des Gegensteckverbinders 2 lösbar
zu verbinden. Durch die robuste und kompakte Ausbildung des Steckverbinders 1 und
des Gegensteckverbinders 2 sowie durch die Anordnung und Ausbildung
der kreuzförmigen Schirmungselemente 20 und 29,
welche vorzugsweise aus Metall bestehen, wird eine Steckverbindung
zur Verfügung gestellt, die für Ethernet-Anwendungen
im rauen industriellen Umfeld besonders gut geeignet ist. Mit der
beschriebenen und dargestellten Steckverbindung werden insbesondere
die Anforderungen gemäß Cat6a erreicht, so dass
die Steckverbindung auch für 10 Gigabit-Ethernet und andere
Netzwerk-Protokolle geeignet ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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