DE102017009065A1

DE102017009065A1 - Federbelastetes innenleiter-kontaktelement

Info

Publication number: DE102017009065A1
Application number: DE102017009065.3A
Authority: DE
Inventors: Benedikt Schwarz; Andreas Gruber; Johannes Heubeck
Original assignee: Rosenberger Hochfrequenztechnik GmbH and Co KG
Current assignee: Rosenberger Hochfrequenztechnik GmbH and Co KG
Priority date: 2017-09-28
Filing date: 2017-09-28
Publication date: 2019-03-28
Also published as: US20210167541A1; EP3482465B1; FI3482465T3; US11196204B2; CN111164838A; WO2019063149A1; EP3482465A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein federbelastetes Innenleiter-Kontaktelement mit mindestens einem Innenleiter und einem elastischen Element, das den mindestens einen Innenleiter umschließt. Die axiale Erstreckung des mindestens Innenleiters ist veränderbar. Das elastische Element ist aus einem elektrisch isolierenden Material hergestellt und an jedem Innenleiter fixiert.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein federbelastetes Innenleiter-Kontaktelement, ein elastisches Element, das in diesem federbelasteten Innenleiter-Kontaktelement enthalten ist, und eine Baugruppe, die dieses federbelastete Innenleiter-Kontaktelement enthält.
TECHNISCHER HINTERGRUND
Als schnelle Datenübertragungsschnittstelle für hochfrequente Signale zwischen zwei Hochfrequenz-Bauteilen, beispielsweise zwei Leiterplatten mit jeweils einer Hochfrequenz-Elektronik, haben sich sogenannte Board-to-Board-Steckverbinder (deutsch: Leiterplatte-zu Leiterplatte-Steckverbinder) etabliert. Diese Board-to-Board-Steckverbinder haben die Aufgabe eine elektrische Verbindung für hochfrequente Signale zwischen den beiden Hochfrequenz-Bauteilen bei angepasstem Wellenwiderstand zu verwirklichen.
In einer besonderen Ausprägung sind die Außenleiterkontakte auf den beiden Hochfrequenz-Bauteilen über ein elektrisch leitendes und als Außenleiter dienendes Zwischenbauteil fest miteinander verbunden. Dieses elektrisch leitende Bauteil kann beispielsweise eine elektrisch leitende Hülse oder eine elektrisch leitende Platte mit einer Bohrung sein. In der Bohrung der Hülse oder der Platte ist für eine Hochfrequenz-Übertragung koaxial ein Innenleiter zwischen den beiden Hochfrequenz-Bauteilen angeordnet.
Während das als Außenleiter dienende Zwischenbauteil starr ausgeführt ist und typischerweise über eine Verschraubung, Verlötung oder Verschweißung mit den beiden Hochfrequenz-Bauteilen fest verbunden ist, muss der Innenleiter einen axialen Versatz zwischen den beiden Hochfrequenz-Bauteilen aufgrund einer fertigungsbedingten Ungenauigkeit in der Planarität zwischen den beiden Hochfrequenz-Bauteilen ausgleichen.
Zum Ausgleich des axialen Versatzes zwischen den beiden Hochfrequenz-Bauteilen wird der Innenleiter jeweils als sogenanntes SLC-Kontaktelement (englisch: spring loaded contact; deutsch: federnder Kontakt) realisiert. Beispielsweise aus der DE 20316337 U1 geht der Aufbau und die Funktionsweise eines derartigen SLC-Kontaktelements hervor.
Ein SLC-Kontaktelement weist hierbei einen Kontaktstift auf, der in einem buchsenförmigen Gehäuse federnd gelagert ist. Während das buchsenförmige Gehäuse typischerweise an dem einen Hochfrequenz-Bauteil fixiert ist, kontaktiert der Kontaktstift mit seiner Kontaktspitze das jeweils andere Hochfrequenz-Bauteil. Durch die Federung des Kontaktstiftes im buchsenförmigen Gehäuse ist ein ausreichender Kontaktdruck und damit ein sicherer elektrischer Kontakt zwischen der Kontaktspitze des Kontaktstiftes und einer zugehörigen Kontaktfläche auf dem jeweils anderen Hochfrequenz-Bauteil innerhalb eines bestimmten Bereiches für den Abstand zwischen den beiden Hochfrequenz-Bauteilen realisierbar.
Die Realisierung eines Board-to-Board-Steckverbinders auf SLC-Technologie für die Übertragung von Hochfrequenzsignalen benötigt nachteilig noch zu viele Einzelteile, was die Kosten für die Montage und die Logistik unnötig erhöht. Außerdem weisen derartige Board-to-Board-Steckverbinder nachteilig auch eine zu große geometrische Ausdehnung auf, um zukünftige Anforderungen an den Abstand zwischen mehreren in einem Raster oder in einer Reihe jeweils positionierten Hochfrequenz-Kontaktelementen in SLC-Technologie erfüllen zu können.
Dies ist ein Zustand, den es zu verbessern gilt.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Vor diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, für eine Hochfrequenz-Übertragung zwischen zwei Hochfrequenz-Bauteilen und gegebener fixierter Außenleiterkontaktierung zwischen den beiden Hochfrequenz-Bauteilen ein Innenleiter-Kontaktierung und eine Isolation zwischen Außenleiter- und Innenleiter-Kontaktierung anzugeben, die hinsichtlich der Größe und der Anzahl seiner Einzelteile minimiert ist.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein federbelastetes Innenleiter-Kontaktelement mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und durch ein elastisches Element mit den Merkmalen des Patentanspruchs 11 gelöst.
Demgemäß ist vorgesehen:

Ein federbelastetes Innenleiter-Kontaktelement mit
- - mindestens einem Innenleiter und
- - einem den mindestens einen Innenleiter umschließenden elastischen Element,
- - wobei die axiale Erstreckung des mindestens einen Innenleiters veränderbar ist,
- - wobei das elastische Element aus einem elektrisch isolierenden Material hergestellt ist und
- - an jedem Innenleiter fixiert ist.
Elastisches Element
- - aus einem elektrisch isolierenden Material,
- - das derart eingerichtet ist, dass es an jedem Innenleiter eines federbelasteten Innenleiter-Kontaktelements fixierbar ist.

Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Erkenntnis/Idee besteht darin, die beiden ursprünglich in zwei getrennten Bauteilen jeweils realisierten technischen Funktionen der elektrischen Isolierens (Isolator-Element) und des Aufbringens einer axialen Elastizität (Feder) in einem einzigen Bauteil zu verwirklichen. Hierzu wird erfindungsgemäß ein federbelastetes Innenleiter-Kontaktelement mit mindestens einem Innenleiter um ein elastisches Element aus einem elektrisch isolierenden Material ergänzt, das den mindestens einen Innenleiter umschließt. Ist das federbelastete Innenleiter-Kontaktelement zwischen den beiden Bauteilen einer Baugruppe, die bevorzugt Hochfrequenz-Bauteile einer Hochfrequenz-Baugruppe sind, und innerhalb von mindestens einem Außenleiter-Kontaktelement eingefügt, so dient das elastische Element aus elektrisch isolierenden Material als Isolator-Element innerhalb einer Hochfrequenz-Übertragungsstrecke zwischen den beiden Hochfrequenz-Bauteilen. Aufgrund seiner Elastizität und seiner Fixierung an dem mindestens einen Innenleiter kann das elastische Element im gestauchten Fall - wenn der mindestens eine in seiner axialen Erstreckung jeweils veränderbare Innenleiter bei Kontaktierung mit dem ersten und dem zweiten Bauteil ebenfalls gestaucht ist - auf den mindestens einen Innenleiter jeweils eine Federkraft übertragen, mit der der mindestens eine Innenleiter jeweils einen ausreichenden Kontaktdruck auf das erste und zweite Bauteil ausübt.
Auf diese Weise ist erfindungsgemäß eine kompakte Hochfrequenz-Übertragungsstrecke zwischen zwei Hochfrequenz-Bauteilen aus einer minimierten Anzahl von Einzelteilen geschaffen. Diese Hochfrequenz-Übertragungsstrecke verwirklicht in Abhängigkeit des im jeweiligen Betriebsfall vorliegenden axialen Versatzes zwischen den beiden zu verbindenden Hochfrequenz-Bauteilen eine sichere elektrische Kontaktierung zwischen den beiden Hochfrequenz-Bauteilen.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den weiteren Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnung.
Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
In einer bevorzugten Ausprägung ist das elastische Element mit seiner elektrisch isolierenden Eigenschaft aus einem Elastomer, beispielsweise Naturkautschuk, Silikon, Gummi, oder einem TPE (thermoplastischer Elastomer) hergestellt.
Das elastische Element ist im Hinblick auf seine Funktion als Isolator-Element zwischen dem mindestens einen Innenleiter und dem Außenleiter der Hochfrequenz-Kontaktvorrichtung angeordnet und ist somit näherungsweise hülsenförmig ausgeformt. In einem Mittenbereich zwischen zwei Endbereichen, die jeweils zu einem axialen Ende des elastischen Elements benachbart sind, weist das elastische Element bevorzugt eine reduzierte Steifigkeit auf.
Diese reduzierte Steifigkeit des elastischen Elements in seinem Mittenbereich bewirkt vorteilhaft, dass die größte elastische Verformung des elastischen Elements vor allem in diesem Mittenbereich und nicht in den beiden Endbereichen auftritt.
Die reduzierte Steifigkeit im Mittenbereich des elastischen Elements wird bevorzugt durch einen reduzierten Außendurchmesser und durch mehrere in Längsachsrichtung verlaufende Schlitze realisiert, die sich zwischen der Außen- und Innenoberfläche des hohl ausgeformten elastischen Elements befinden. Durch diese in Längsachsrichtung verlaufenden Schlitze vergrößert sich bei einer in Längsachsrichtung wirkenden Druckkraft der reduzierte Außendurchmesser des Mittenbereiches, während sich die axiale Längserstreckung des Mittenbereiches des elastischen Elements vorteilhaft verkürzt. Der reduzierte Außendurchmesser im Mittenbereich kann sich dabei bis zur Größe des nicht reduzierten Außendurchmesser in den Endbereichen des elastischen Elements ausdehnen.
Eine zusätzlich reduzierte Steifigkeit wird dadurch erzielt, dass innerhalb des Mittenbereiches des hülsenförmigen elastischen Elements an der Innen- und/oder Außenoberfläche jeweils mindestens eine Ausnehmung vorgesehen ist. Diese mindestens eine Ausnehmung führt zu einer zusätzlichen Reduzierung des Querschnitts des elastischen Elements im Bereich der Ausnehmung. Bevorzugt sind die einzelnen Ausnehmungen an Stellen des Mittenbereichs angeordnet, in denen eine Veränderung des elastischen Elements in radialer Richtung bei Kontraktion besonders stark auftritt.
Durch den reduzierten Außendurchmesser, die einzelnen Schlitze und die einzelnen Ausnehmungen im Mittenbereich des elastischen Elements reduziert sich die effektive Permittivität in einem Abschnitt der Hochfrequenz-Übertragungsstrecke, in der sich der Mittenbereich des elastischen Elements befindet. Damit erhöht sich der Wellenwiderstand in diesem Abschnitt der Hochfrequenz-Übertragungsstrecke. Zur Realisierung eines Wellenwiderstands, der über die gesamte Längserstreckung der Hochfrequenz-Übertragungsstrecke angepasst ist, wird der Außendurchmesser des mindestens einen Innenleiters in dem Abschnitt der Hochfrequenz-Übertragungsstrecke, in dem sich der Mittenbereich des elastischen Elements befindet, gegenüber den Abschnitten der Hochfrequenz-Übertragungsstrecke, in denen sich jeweils die Endbereiche des elastischen Elements befinden, vergrößert.
In einer bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen federbelasteten Innenleiter-Kontaktelements wird die axiale Veränderbarkeit des mindestens einen Innenleiters dadurch realisiert, dass der mindestens eine Innenleiter jeweils aus einem mit dem ersten Bauteil verbundenen oder kontaktierbaren ersten Innenleiterteil und einen mit dem zweiten Bauteil verbundenen oder kontaktierbaren zweiten Innenleiterteil zusammengesetzt ist.
Das erste und das zweite Innenleiterteil jedes Innenleiters stehen jeweils zueinander in einem elektrischen Kontakt. Sie sind zueinander in axialer Richtung bewegbar und überlappen sich in axialer Richtung. Je nach Überlappungsgrad des ersten und des zweiten Innenleiterteils ergibt sich eine unterschiedliche axiale Erstreckung des jeweiligen Innenleiters. Durch Erhöhung des Überlappungsgrades des ersten und des zweiten Innenleiterteils im Fall einer Stauchung des jeweiligen Innenleiters infolge eines Kontaktdruckes des zweiten Bauteils auf das zweite Innenleiterteil bzw. des ersten Bauteils auf das erste Innenleiterteil reduziert sich die effektive axiale Erstreckung des jeweiligen Innenleiters im Vergleich zum Nichtstauchungsfall. Somit wird über die axiale Überlappung des ersten und des zweiten Innenleiterteils des jeweiligen Innenleiters jeweils ein Innenleiter mit einer in axialer Richtung veränderbaren Erstreckung realisiert.
Die Fixierung des elastischen Elements an dem mindestens einen Innenleiter erfolgt bevorzugt jeweils mithilfe von mindestens einer am Innenleiter jeweils vorgesehenen Kralle, die jeweils in einer zugehörigen Ausnehmung am elastischen Element eingehackt ist.
Neben dem erfindungsgemäßen federbelasteten Innenleiter-Kontaktelement ist auch eine erfindungsgemäße Baugruppe von der Erfindung mit abgedeckt, die das erfindungsgemäße federbelastete Innenleiter-Kontaktelement, mindestens ein Außenleiter-Kontaktelement, das erste Bauteil und das zweite Bauteil enthält. Jedes Außenleiter-Kontaktelement ist jeweils benachbart zum federlasteten Innenleiter-Kontaktelement angeordnet. Hierbei sind das erste Bauteil und das zweite Bauteil über das mindestens eine Außenleiter-Kontaktelement miteinander verbunden. Außerdem ist der mindestens eine Innenleiter des erfindungsgemäßen federbelasteten Innenleiter-Kontaktelements jeweils mit dem ersten Bauteil und mit dem zweiten Bauteil verbunden oder kontaktierbar.
Die Erfindung deckt schließlich auch ein elastisches Element aus einem elektrisch isolierenden Material ab, das derart eingerichtet ist, dass es an mindestens einem Innenleiter eines Hochfrequenz-Steckverbinders fixierbar ist.
Ausgestaltungen und Weiterbildungen lassen sich, sofern sinnvoll, beliebig miteinander kombinieren. Weitere mögliche Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmale der Erfindung. Insbesondere wird dabei der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform der vorliegenden Erfindung hinzufügen.
Figurenliste
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren der Zeichnung angegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen dabei:

1A eine erste Querschnittsdarstellung einer erfindungsgemäßen Baugruppe mit einer ersten Variante des erfindungsgemäßen federbelasteten Innenleiter-Kontaktelements im nicht kontaktierten Zustand,
1B eine zweite Querschnittsdarstellung einer erfindungsgemäßen Baugruppe mit einer ersten Variante des erfindungsgemäßen federbelasteten Innenleiter-Kontaktelements im nicht kontaktierten Zustand,
1C eine erste Querschnittsdarstellung einer erfindungsgemäßen Baugruppe mit einer ersten Variante des erfindungsgemäßen federbelasteten Innenleiter-Kontaktelements im kontaktierten Zustand,
1D eine dreidimensionale Darstellung eines erfindungsgemäßen elastischen Elements,
1E eine dritte Querschnittsdarstellung einer erfindungsgemäßen Baugruppe mit einer ersten Variante des erfindungsgemäßen federbelasteten Innenleiter-Kontaktelements im nicht kontaktierten Zustand,
1F eine vierte Querschnittsdarstellung einer erfindungsgemäßen Baugruppe mit einer ersten Variante des erfindungsgemäßen federbelasteten Innenleiter-Kontaktelements im nicht kontaktierten Zustand,
2A eine erste Querschnittsdarstellung einer erfindungsgemäßen Baugruppe mit einer zweiten Variante des erfindungsgemäßen federbelasteten Innenleiter-Kontaktelements im nicht kontaktierten Zustand,
2B eine zweite Querschnittsdarstellung einer erfindungsgemäßen Baugruppe mit einer zweiten Variante des erfindungsgemäßen federbelasteten Innenleiter-Kontaktelements im nicht kontaktierten Zustand und
2C eine dritte Querschnittsdarstellung einer erfindungsgemäßen Baugruppe mit einer zweiten Variante des erfindungsgemäßen federbelasteten Innenleiter-Kontaktelements im nicht kontaktierten Zustand.

Die beiliegenden Figuren der Zeichnung sollen ein weiteres Verständnis der Ausführungsformen der Erfindung vermitteln. Sie veranschaulichen Ausführungsformen und dienen im Zusammenhang mit der Beschreibung der Erklärung von Prinzipien und Konzepten der Erfindung. Andere Ausführungsformen und viele der genannten Vorteile ergeben sich im Hinblick auf die Zeichnungen. Die Elemente der Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu zueinander gezeigt.
In den Figuren der Zeichnung sind gleiche, funktionsgleiche und gleich wirkende Elemente, Merkmale und Komponenten - sofern nichts anderes ausgeführt ist - jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.
Im Folgenden werden die Figuren zusammenhängend und übergreifend beschrieben.
BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSBEISPIELEN
Bevor anhand der 2A bis 2C eine erfindungsgemäße Baugruppe mit einer zweiten Variante eines erfindungsgemäßen federbelasteten Innenleiter-Kontaktelements zur Übertragung eines differenziellen Hochfrequenz-Signals, d.h. eines symmetrischen Hochfrequenz-Signals, zwischen zwei Hochfrequenz-Bauteilen erläutert wird, wird anhand der nun folgenden 1A bis 1F eine erfindungsgemäße Baugruppe mit einer ersten Variante eines erfindungsgemäßen federbelasteten Innenleiter-Kontaktelements zur Übertragung eines asymmetrischen Hochfrequenzsignals im Detail vorgestellt:
Im Fall einer Übertragung eines asymmetrischen Hochfrequenzsignals ist die Hochfrequenz-Übertragungsstrecke als koaxiale Übertragungsstrecke ausgeführt. Die koaxiale Übertragungsstrecke weist hierzu bevorzugt ein Außenleiter-Kontaktelement 1 und einen einzigen Innenleiter 2 auf, der koaxial zum Außenleiter-Kontaktelement 1 innerhalb des Außenleiter-Kontaktelements 1 angeordnet ist.
Das Außenleiter-Kontaktelement 1 ist hierbei in einer bevorzugten Ausführungsform als elektrisch leitendes Zwischenbauteil zwischen einem ersten Bauteil 3, bevorzugt einem ersten Hochfrequenz-Bauteil, und einem zweiten Bauteil 4, bevorzugt einem zweiten Hochfrequenz-Bauteil, realisiert. Dieses Zwischenbauteil entspricht einem Gehäuse und weist hierzu einen bevorzugt zylindrisch ausgeformten Innenraum 5 auf, der sich zwischen dem ersten Bauteil 3 und dem zweiten Bauteil 4 erstreckt. Das als Außenleiter-Kontaktelement 1 dienende Zwischenbauteil steht mit zugehörigen Außenleiter-Kontaktflächen auf dem ersten Bauteil 3 und auf dem zweiten Bauteil 4 in einem elektrischen Kontakt.
Das als Außenleiter-Kontaktelement 1 dienende Zwischenbauteil ist starr ausgeführt und weist somit eine konstante axiale Erstreckung auf. Ferner ist das Zwischenbauteil mit dem ersten Bauteil 3 und dem zweiten Bauteil 4 mechanisch fest verbunden. Als mechanische Verbindung kann hierbei beispielsweise eine Lötverbindung und/oder eine Schraubverbindung dienen. Wie aus 1C erkennbar ist, ist das erste Bauteil 3 mit dem als Außenleiter-Kontaktelement 1 dienenden zwischenbauteil über eine Lötverbindung verbunden, während das zweite Bauteil 4 an dem Zwischenbauteil über eine Schraubverbindung befestigt ist. Hierzu sind im zweiten Bauteil 4 und im Zwischenbauteil jeweils zueinander fluchtende Bohrungen 14 vorgesehen, in die jeweils passende Schrauben 15 eingeschraubt sind. Das Zwischenbauteil ist bevorzugt ohne schlitzförmige Öffnungen mit dem ersten und dem zweiten Bauteil 3 und 4 verbunden.
Der Innenleiter 2 befindet sich innerhalb des Innenraumes 5 des als Außenleiter-Kontaktelements 1 dienenden Zwischenbauteils und ist im Innenraum 5 koaxial zum Außenleiter-Kontaktelement 1 angeordnet. Er erstreckt sich im montierten Zustand gemäß 1C zwischen den zugehörigen Innenleiter-Kontaktflächen des ersten und des zweiten Bauteils 3 und 4.
Liegen zwischen dem ersten und dem zweiten Bauteil 3 und 4 mehrere Hochfrequenz-Übertragungsstrecken vor, so sind im Zwischenbauteil mehrere voneinander getrennte Bohrungen vorgesehen, in denen jeweils ein Innenleiter koaxial zum als Außenleiter-Kontaktelement 1 dienenden Zwischenbauteil angeordnet ist. Das Zwischenbauteil dient hierbei als gemeinsamer Außenleiter 1 für jede einzelne koaxiale Hochfrequenz-Übertragungsstrecke.
Aufgrund von fertigungsbedingten Ungenauigkeiten in der Planarität der beiden zueinander orientierten Oberflächen des ersten und des zweiten Bauteils 3 und 4 sowie der beiden Stirnflächen des als Außenleiter-Kontaktelements 1 dienenden Zwischenbauteils ist der Abstand zwischen den beiden Innenleiter-Kontaktflächen des ersten und des zweiten Bauteils 3 und 4 typischerweise variabel von Baugruppe zu Baugruppe. Es liegt somit innenleiterseitig ein axialer Versatz vor, der durch einen Innenleiter 2 mit einer axial veränderbaren Erstreckung zu kompensieren ist.
Der Innenleiter des erfindungsgemäße Innenleiter-KontaktElements 17, der in seiner axialen Erstreckung veränderbar ist, setzt sich hierzu aus einem ersten Innenleiterteil 2₁ und einem zweiten Innenleiterteil 2₂ zusammen, die einerseits zueinander in einem elektrischen Kontakt stehen und andererseits in axialer Längserstreckung zueinander bewegbar sind.
Zur Realisierung eines sicheren elektrischen Kontaktes zwischen dem ersten und dem zweiten Innenleiterteil 2₁ und 2₂ ist entweder das erste Innenleiterteil 2₁ oder das zweite Innenleiterteil 2₂ jeweils in seinem Kontaktbereich mit dem jeweils kontaktierenden Innenleiterteil 2₂ bzw. 2₁ als Federhülse ausgeformt. In den 1A, 1B und 1C ist beispielsweise der erste Innenleiterteil 2₁ in seinem Kontaktbereich als Federhülse ausgeformt, die mit radial nach innen gerichteten Erweiterungen an den distalen Enden ihrer Federlaschen 6 die Innenoberfläche des zweiten Innenleiterteils 2₂ kontaktiert.
Die Federhülse des ersten oder des zweiten Innenleiterteils ist in Längsrichtung an der Innenoberfläche des elektrisch zu kontaktierenden zweiten bzw. ersten Innenleiterteils 2₂ bzw. 2₁ bewegbar, so dass auf diese Weise in Abhängigkeit der Größe des vorliegenden axialen Versatzes eine Überlappung des ersten und des zweiten Innenleiterteils 2₁ und 2₂ über eine unterschiedlich lange Strecke realisierbar ist. Die effektive axiale Erstreckung des Innenleiters 2 ergibt sich aus dem Überlappungsgrad des ersten und des zweiten Innenleiterteils 2₁ und 2₂ .
Das erste Innenleiterteil 2₁ des erfindungsgemäßen federbelasteten Innenleiter-Kontaktelements 17 ist mit einer zugehörigen Kontaktfläche auf dem ersten Bauteil 3 elektrisch und mechanisch fest verbunden. Die mechanisch feste Verbindung erfolgt hierbei über gängige Verbindungstechniken, beispielsweise mittels Löten. Alternativ kann das erste Innenleiterteil 2₁ mit dem ersten Bauteil 3 nur in einem elektrischen Kontakt stehen. In diesem Fall wird das erste Innenleiterteil 2₁ über den vom zweiten Bauteil 4 auf das zweite Innenleiterteil 2₂ ausgeübten Anpressdruck, der vom zweiten Innenleiterteil 2₂ auf das erste Innenleiterteil 2₁ übertragen wird, auf die zugehörige Kontaktfläche auf dem ersten Bauteil 3 gedrückt.
Äquivalent steht im montierten Zustand der erfindungsgemäßen Baugruppe gemäß 1C das zweite Innenleiterteil 2₂ des erfindungsgemäßen federbelasteten Innenleiter-Kontaktelements 17 mit einer zugehörigen Kontaktfläche auf dem zweiten Bauteil 4 in einen elektrischen Kontakt. Alternativ kann das zweite Innenleiterteil 2₂ des erfindungsgemäßen federbelasteten Innenleiter-Kontaktelements 17 mit einer zugehörigen Kontaktfläche auf dem zweiten Bauteil 4 mechanisch fest verbunden sein.
Bei dem ersten Bauteil 3 und dem zweiten Bauteil 4 handelt es sich jeweils bevorzugt um Hochfrequenz-Bauteile. Somit kann das erste und das zweite Bauteil 3 und 4 jeweils typischerweise eine Leiterplatte, die mit einer Hochfrequenz-Elektronik bestückt ist, ein Gehäuse, in dem eine Hochfrequenz-Elektronik eingebaut ist, ein Substrat, in dem eine Hochfrequenz-Elektronik integriert ist, oder ein einzelnes Hochfrequenz-Bauteil, beispielsweise ein Hochfrequenz-Filter oder ein Hochfrequenz-Verstärker, sein.
Koaxial zum Außenleiter-Kontaktelement 1 und zum Innenleiter 2 ist innerhalb des erfindungsgemäßen federbelasteten Innenleiter-Kontaktelements 17 ein elastisches Element 7 aus einem elektrisch isolierenden Material angeordnet. Als elektrisch isolierendes Material mit Elastizität eignet sich bevorzugt ein Elastomer, beispielsweise Naturkautschuk, Silikon, Gummi, oder ein thermoplastischer Elastomer (TPE).
Das elastische Element 7 ist innerhalb des erfindungsgemäßen federbelasteten Innenleiter-Kontaktelements 17 am Innenleiter 2, bevorzugt sowohl am ersten Innenleiterteil 2₁ als auch am zweiten Innenleiterteil 2₂ , fixiert. Als Fixierung dienen bevorzugt Krallen 8, wie insbesondere aus der 1B deutlich hervorgeht, die gegenüber 1A um 90° um die Längsachse der Hochfrequenz-Übertragungsstrecke gedreht ist. Diese Krallen 8, die jeweils an der Außenoberfläche des ersten und zweiten Innenleiterteils 2₁ und 2₂ ausgeformt sind und in zugehörigen Ausnehmungen 9 an passenden Positionen an der Innenoberfläche des elastischen Elements 7 eingehackt sind. Alternativ Fixierungsverfahren, wie beispielsweise Klebung, sind von der Erfindung mit abgedeckt. Alternativ kann das elastische Element 7 innerhalb des erfindungsgemäßen federbelasteten Innenleiter-Kontaktelements 17 auch nur am zweiten Innenleiterteil 2₂ fixiert sein.
Durch die Fixierung des elastischen Elements 7 am Innenleiter 2, bevorzugt am ersten und am zweiten Innenleiterteil 2₁ und 2₂ , sind das erste Innenleiterteil 2₁ und das zweite Innenleiterteil 2₂ zueinander elastisch gekoppelt. Durch diese elastische Kopplung sind das erste und das zweite Innenleiterteil 2₁ und 2₂ zueinander elastisch bewegbar. Somit ist einerseits eine variable axiale Erstreckung des Innenleiters 2 realisierbar, die bei Kontaktierung des ersten Innenleiterteils 2₁ mit dem ersten Bauteil 3 und des zweiten Innenleiterteils 2₂ mit dem zweiten Bauteil 4 zum Abstand zwischen dem ersten und dem zweiten Bauteil 3 und 4 korrespondiert. Andererseits bewirkt die elastische Kopplung einen ausreichenden Kontaktdruck des ersten Innenleiterteils 2₁ am ersten Bauteil 3 und des zweiten Innenleiterteils 2₂ am zweiten Bauteil 4.
Das elastische Element 7 des erfindungsgemäßen federbelasteten Innenleiter-Kontaktelements 17 ist im Fall einer koaxialen Hochfrequenz-Übertragungsstrecke im Wesentlichen hülsenförmig ausgeformt. In einem Mittenbereich 10 des hülsenförmigen elastischen Elements 7, der sich zwischen den beiden Endbereichen 11₁ und 11₂ an den axialen Enden des elastischen Elements erstreckt, liegt eine Steifigkeit vor, die zur Steifigkeit in den beiden Endbereichen 11₁ und 11₂ reduziert ist.
Hierzu ist der Außendurchmesser im Mittenbereich 10 des elastischen Elements 7 gegenüber dem Außendurchmesser in den beiden Endbereichen 11₁ und 11₂ reduziert. Außerdem sind im Mittenbereich 10 des elastischen Elements 7, wie aus der dreidimensionalen Darstellung des elastischen Elements 7 in 1D hervorgeht, mehrere in axialer Längsrichtung des erfindungsgemäßen federbelasteten Innenleiter-Kontaktelements 17 verlaufende Schlitze 12 bevorzugt in äquidistanten Winkelabschnitten angeordnet. Diese Schlitze 12 erstrecken sich von der Außenoberfläche bis zur Innenoberfläche des hülsenförmigen elastischen Elements 7. Die Anzahl der Schlitze 12 ist geeignet zu wählen.
Durch den reduzierten Außendurchmesser und durch die vorgesehenen Schlitze 12 im Mittenbereich 10 verbreitert sich bei einer Kontraktion des elastischen Elements 7 der Durchmesser des Mittenbereiches 10 des elastischen Elements 7, während sich die axiale Längserstreckung des Mittenbereiches 10 des elastischen Elements 7 verkürzt. Durch die Kontraktion des elastischen Elements 7 ändert sich typischerweise die axiale Längserstreckung und der Außen- bzw. Innendurchmesser in den Endbereichen 11₁ und 11₂ nicht.
Eine Reduzierung der Steifigkeit im Mittenbereich 10 des elastischen Elements 7 wird durch zusätzliche Ausnehmungen 13 an der Innenoberfläche und/oder an der Außenoberfläche des Mittenbereiches 10 des elastischen Elements 7 erzielt.
Der reduzierte Außendurchmesser des Mittenbereichs 10 des elastischen Elements 7, die Schlitze 12 und die zusätzlichen Ausnehmungen 13 im Mittenbereich 10 des elastischen Elements 7 vergrößern den Wellenwiderstand in dem Abschnitt der Hochfrequenz-Übertragungsstrecke, in dem sich der Mittenbereich 10 des elastischen Elements 7 befindet, gegenüber dem Wellenwiderstand in den Abschnitten der Hochfrequenz-Übertragungsstrecke, in denen sich die beiden Endbereiche 11₁ und 11₂ des elastischen Elements 7 befinden. Zur Kompensation dieser Änderung des Wellenwiderstandes wird der Außendurchmesser des ersten und des zweiten Innenleiterteils 2₁ und 2₂ im Abschnitt des federbelasteten Innenleiter-Kontaktelements 17, in dem sich der Mittenbereich 10 des elastischen Elements 7 befindet, in Relation zum Außendurchmesser des ersten und des zweiten Innenleiterteils 2₁ und 2₂ in den Abschnitten des federbelasteten Innenleiter-Kontaktelements 17, in denen sich jeweils die beiden Endbereiche 12₁ und 12₂ des elastischen Elements 7 befinden, vergrößert. Auf diese Weise ist der Wellenwiderstand der Hochfrequenz-Übertragungstrecke über die gesamte axiale Längserstreckung vorteilhaft angepasst.
Wie aus der 1C im montierten Zustand der Baugruppe zu erkennen ist, ist die axiale Längserstreckung des elastischen Elements 7 an ihren axialen Enden gegenüber der axialen Längserstreckung des Innenleiters 2 und des Außenleiter-Kontaktelements 1 geringfügig reduziert. Diese geringfügige Reduktion der axialen Längserstreckung ermöglicht eine sichere elektrische Kontaktierung des ersten Innenleiterteils 2₁ und des Außenleiter-Kontaktelements 1 jeweils mit dem ersten Bauteil 3 und des zweiten Innenleiterteils 2₂ und des Außenleiter-Kontaktelements 1 jeweils mit dem zweiten Bauteil 4.
An dieser Stelle sei angemerkt, dass die Außenleiterkontaktierung nicht nur durch ein einziges Außenleiter-Kontaktelement 1 realisiert sein kann. Neben einer Hülse oder einer Platte mit Bohrung, die jeweils als einteiliges Gehäuse das erfindungsgemäße federbelastete Innenleiter-Kontaktelement 17 zwischen dem ersten und dem zweiten Bauteil 3 und 4 umschließen, ist auch eine Außenleiterkontaktierung über mehrere Außenleiter-Kontaktelemente von der Erfindung mit abgedeckt. Die Außenleiter-Kontaktelemente können beispielsweise auf einem konzentrischen Kreis koaxial zum federbelasteten Innenleiter-Kontaktelement 17 oder in einem bestimmten Raster um das federbelastete Innenleiter-Kontaktelement 17 herum verteilt angeordnet sein.
In einer zweiten Variante enthält das erfindungsgemäße federbelastete Innenleiter-Kontaktelement 17' mehrere Innenleiter. Gemäß der 2A, 2B und 2C liegen im erfindungsgemäßen federbelastete Innenleiter-Kontaktelement 17' beispielsweise zwei Innenleiter 2¹ und 2² vor, die zusammen ein differenzielles Hochfrequenzsignal übertragen (so genannte Twinax-Anordnung). Die Erfindung ist aber nicht auf zwei Innenleiter beschränkt. Daneben sind von der Erfindung auch mehrere Paare aus jeweils zwei Innenleitern, die jeweils ein differenzielles Signal übertragen, mit abgedeckt. Bei einer Stern-Viereranordnung der Innenleiter sind beispielsweise zwei Paare aus jeweils zwei Innenleitern jeweils überkreuzt zueinander angeordnet.
Gemäß der zweiten Variante liegen mehrere Innenleiter im erfindungsgemäßen federbelasteten Innenleiter-Kontaktelement 17' vor, so dass keine Koaxialität zwischen den Innenleitern 2¹ und 2² , dem elektrisch isolierenden, elastischen Element 7' und dem Außenleiter-Kontaktelement 1 vorliegt, wie aus dem Querschnitt der 2B und 2C hervorgeht.
Wie aus den 2A, 2B und 2C ersichtlich ist, sind innerhalb des Außenleiter-Kontaktelements 1 die voneinander beabstandeten Innenleiter 2¹ und 2² des erfindungsgemäßen federbelasteten Innenleiter-Kontaktelements 17' mit ihren ersten und zweiten Innenleiterteilen 2¹ ₁ und 2¹ ₂ bzw. 2² ₁ und 2² ₂ angeordnet.
Zur Realisierung einer relativen elastischen Beweglichkeit zwischen dem ersten und dem zweiten Innenleiterteilen 2¹ ₁ und 2¹ ₂ bzw. 2² ₁ und 2² ₂ der beiden Innenleiter 2¹ und 2² ist ein elastisches Element 7' zwischen dem Außenleiter-Kontaktelement 1 und den beiden Innenleiter 2¹ und 2² angeordnet und an den beiden Innenleitern 2¹ und 2² bevorzugt mittels Krallen 8 fixiert. Die Fixierung des elastischen Elements 7' an den beiden Innenleitern 2¹ und 2² erfolgt, wie in 2A dargestellt ist, bevorzugt sowohl an den ersten Innenleiterteilen 2¹ ₁ und 2² ₁ als auch an den zweiten Innenleiterteilen 2¹ ₂ und 2² ₂ . Diese Krallen 8, die an den Außenoberflächen der Innenleiter 2¹ und 2² vorgesehen sind, sind in zugehörigen Ausnehmungen 9 im elastischen Element 7' eingehackt.
Um das elastische Element 7' als Gussteil aus einem elektrisch isolierenden Material, bevorzugt aus einem Elastomer, fertigen zu können, sind bestimmte Bereiche 16, die zu den beiden Innenleiterteilen 2¹ ₁ und 2² ₁ benachbart sind, nicht vom elastischen Element 7' ausgefüllt.
Obwohl die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele vorstehend vollständig beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Art und Weise modifizierbar.
Bezugszeichenliste

1: Außenleiter
1₁: Außenleiterteil
2, 2¹, 2²: Innenleiter
2₁, 2₂: erstes und zweites Innenleiterteil
2¹ ₁, 2¹ ₂, 2² ₁, 2² ₂: erstes und zweites Innenleiterteil des differentiellen Innenleiterpaares
3: erstes Bauteil
4: zweites Bauteil
5: Innenraum des als Außenleiter dienenden Zwischenbauteils
6: Federlasche
7, 7': elastisches Element
8: Kralle
9: Ausnehmung
10: Mittenbereich des elastischen Elements
11₁, 11₂: Endbereiche des elastischen Elements
12: Schlitz
13: Ausnehmung im Mittenbereich des elastischen Elements
14: Bohrung
15: Schraube
16: nicht vom elastischen Element ausgefüllter Bereich
17, 17': federbelastetes Innenleiter-Kontaktelement

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 20316337 U1 [0005]

Claims

Federbelastetes Innenleiter-Kontaktelement (7; 7') mit mindestens einem Innenleiter (2; 2¹, 2²) und einem elastischen Element (7; 7'), das den mindestens einen Innenleiter (2; 2¹, 2²) umschließt, wobei die axiale Erstreckung des mindestens einen Innenleiters (2; 2¹, 2²) veränderbar ist, wobei das elastische Element (7; 7') aus einem elektrisch isolierenden Material hergestellt ist und an jedem Innenleiter (2; 2¹, 2²) fixiert ist.
Federbelastetes Innenleiter-Kontaktelement (7; 7') nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrisch isolierende Material des elastischen Elements (7; 7') ein Elastomer ist.
Federbelastetes Innenleiter-Kontaktelement (7; 7') nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Mittenbereich (10) zwischen zwei Endbereichen (11₁, 11₂), die jeweils zu einem axialen Ende des elastischen Elements (7; 7') benachbart sind, die Steifigkeit des elastischen Elements (7; 7') gegenüber der Steifigkeit in den beiden Endbereichen (11₁, 11₂) reduziert ist.
Federbelastetes Innenleiter-Kontaktelement (7; 7') nach Patentanspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Außendurchmesser im Mittenbereich (10) gegenüber einem Außendurchmesser in den Endbereichen (11₁, 11₂) reduziert ausgeführt ist.
Federbelastetes Innenleiter-Kontaktelement (7; 7') nach Patentanspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Mittenbereich (10) in axialer Längserstreckung mehrere Schlitze (12) aufweist, die jeweils von einer Außenoberfläche zu einer Innenoberfläche des elastischen Elements (7; 7') verlaufen.
Federbelastetes Innenleiter-Kontaktelement (7; 7') nach einem der Patentansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass an einer Innen- und/oder Außenoberfläche im Mittenbereich (10) des elastischen Elements (7; 7') jeweils mindestens eine Ausnehmung (13) vorgesehen ist.
Federbelastetes Innenleiter-Kontaktelement (7; 7') nach einem der Patentansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zur Verwirklichung eines angepassten Wellenwiderstandes über die axiale Längserstreckung des federbelasteten Innenleiter-Kontaktelements (7; 7') ein Außendurchmesser des mindestens einen Innenleiters (2; 2¹, 2²) jeweils in einem zum Mittenbereich (10) des elastischen Elements (7; 7') benachbarten Bereich des jeweiligen Innenleiters (2; 2¹, 2²) vergrößert ist.
Federbelastetes Innenleiter-Kontaktelement (7; 7') nach einem der Patentansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Innenleiter (2; 2¹, 2²) jeweils ein mit dem ersten Bauteil (3) verbundenes oder kontaktierbares erstes Innenleiterteil (2_1; 2¹ ₁, 2² ₁) und ein mit dem zweiten Bauteil (4) verbundenes oder kontaktierbares zweites Innenleiterteil (2_2; 2¹ ₂, 2² ₂) umfasst, wobei jeweils das zweite Innenleiterteil (2_2; 2¹ ₂, 2² ₂) das erste Innenleiter (2_1; 2¹ ₁, 2² ₁) elektrisch kontaktiert und relativ zum ersten Innenleiterteil (2_1; 2¹ ₁, 2² ₁) bewegbar ist, wobei das elastische Element (7; 7') zumindest an jedem zweiten Innenleiterteil (2_2; 2¹ ₂, 2² ₂) fixiert ist.
Federbelastetes Innenleiter-Kontaktelement (7; 7') nach einem der Patentansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Fixierung des elastischen Elements (7; 7') an jedem Innenleiter (2; 2¹, 2²) mithilfe von mindestens einer an jedem Innenleiter (2; 2¹, 2²) jeweils vorgesehenen Kralle (8) erfolgt, die jeweils in einer zugehörigen Ausnehmung (9) am elastischen Element (7; 7') eingehackt ist.
Baugruppe mit einem ersten Bauteil (3), einem zweiten Bauteil (4), einem federbelasteten Innenleiter-Kontaktelement (7; 7') nach einem der vorstehenden Patentansprüche und mindestens einem Außenleiter-Kontaktelement (1), das jeweils benachbart zum federlasteten Innenleiter-Kontaktelement (7; 7') angeordnet ist, wobei das erste Bauteil (3) und das zweite Bauteil (4) über das mindestens eine Außenleiter-Kontaktelement (1) jeweils miteinander verbunden sind und der mindestens eine Innenleiter (2; 2¹, 2²) des federbelasteten Kontaktelements (7; 7') jeweils mit dem ersten Bauteil (3) und dem zweite Bauteil (4) verbunden oder kontaktierbar ist.
Elastisches Element (7; 7') aus einem elektrisch isolierenden Material, das derart eingerichtet ist, dass es an jedem Innenleiter (2; 2¹, 2²) eines federbelastetes Innenleiter-Kontaktelements (7; 7') fixierbar ist.