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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kabelanordnung.
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TECHNISCHER HINTERGRUND
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Kabel werden in einer lösbaren Verbindung über Verbinder, bevorzugt über Steckverbinder, mit einem anderen Kabel oder mit einer Leiterplatte verbunden. Alternativ kann das Kabel in einer unlösbaren Verbindung, d.h. in einer fixierten Verbindung, direkt ohne Verwendung eines Verbinders mit einem anderen Kabel oder einer Leiterplatte verbunden sein.
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Bei einem Hochfrequenzkabel ist sowohl für den Innenleiter als auch für den Außenleiter jeweils im Fall einer lösbaren Verbindung eine sichere Verbindung mit dem zugehörigen innenleiterseitigen Kontakt bzw. dem außenleiterseitigen Kontakt des Verbinders zu realisieren. Äquivalent ist im Fall einer unlösbaren Verbindung mit einem anderen Kabel oder einer Leiterplatte eine sichere Verbindung zum Innenleiter und Außenleiter des anderen Hochfrequenzkabels bzw. zum innenleiterseitigen und außenleiterseitigen Kontakt auf der Leiterplatte herzustellen.
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Für die außenleiterseitige Verbindung hat sich das Crimpen bzw. Verpressen bewährt. Hierzu wird der Außenleiter über einen bestimmten Abschnitt am Kabelende vom Kabelmantel befreit und somit abisoliert. Der Außenleiter des Hochfrequenzkabels ist somit in diesem Abschnitt freigelegt. Anschließend wird der freigelegte Abschnitt des Außenleiters mit einem elektrisch leitenden Außenleiterkontaktelement in einem Crimpprozess verbunden. Auf diese Weise ist eine mechanisch stabile Verbindung zwischen dem Außenleiter des Hochfrequenzkabels und dem Außenleiterkontaktelement und damit ein sicherer elektrischer Kontakt zwischen Außenleiter und Außenleiterkontaktelement über einen derartigen Leitercrimp hergestellt.
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Das Außenleiterkontaktelement besitzt im Hinblick auf eine hochfrequenztechnisch optimierte Übertragung und Kontaktierung äquivalent zum Außenleiter des Hochfrequenzkabels eine Koaxialität zum Innenleiter und ist somit bevorzugt hülsenförmig ausgeformt. Ein derartig ausgeformtes Außenleiterkontaktelement wird deshalb auch als Crimphülse bezeichnet.
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Zur Verbesserung der Verpressung und zur Verhinderung einer Beschädigung des Innenleiters beim Crimpen ist der freigelegte Außenleiter um eine Stützhülse herumgeschlagen, die eine bestimmte Wandstärke aufweist. Die Crimphülse, die mit dem Außenleiter im Bereich der Stützhülse vercrimpt wird, weist somit einen größeren Innendurchmesser als der Innendurchmesser des Außenleiters im Hochfrequenzkabel auf. Diese sprunghafte Änderung des Abstands zwischen dem Innenleiter und dem Außenleiter des Kabels einerseits und zwischen dem Innenleiter des Kabels und dem Außenleiterkontaktelement andererseits führt nachteilig zu einem induktiveren Hochfrequenzsignalpfad und damit zu einer unerwünschten Änderung der Impedanz im Signalpfad. Um zumindest näherungsweise eine gleichbleibende Impedanz nicht nur innerhalb des Hochfrequenzkabels, sondern entlang der gesamten Längserstreckung des Außenleiterkontaktelements zu verwirklichen, weist die Crimphülse eine radiale Verengung auf. Diese radiale Verengung der Crimphülse ist, wie beispielsweise aus der
DE 20 2015 000 751 U1 hervorgeht, in Kabellängsrichtung im Anschluss an den Leitercrimp verwirklicht. Die radiale Verengung der Crimphülse wird auch als Taillencrimp bezeichnet. Durch die radiale Verengung, d.h. durch den Taillencrimp, wird der Außenleiterkontakt zum Isolatorteil des Hochfrequenzkabels und damit in Richtung des Innenleiters geführt.
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Aufgrund von Fertigungstoleranzen der einzelnen Komponenten und der einzelnen Montageschritte bildet sich zwischen der Crimphülse und dem Isolatorteil des Hochfrequenzkabels im Bereich zwischen dem axialen Ende des Außenleiters des Hochfrequenzkabels und der radialen Verengung der Crimphülse ein Hohlraum aus. Dieser einzig mit Luft gefüllte Hohlraum, der zwischen den einzelnen konfektionierten Kabeln jeweils schwanken kann, stellt eine Störstelle im Hochfrequenzsignalpfad dar. Im Bereich dieses Hohlraumes ist der Abstand des Außenleiterkontakts zum Innenleiter gegenüber dem Abstand des Außenleiters bzw. des Außenleiterkontakts zum Innenleiter im übrigen Signalpfad vergrößert. Diese Störstelle im Impedanzverlauf des Hochfrequenzsignalpfads beeinträchtigt nachteilig das Übertragungsverhalten eines Hochfrequenzsignals insbesondere im zwei- oder dreistelligen Gigahertzbereich.
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Dies ist ein Zustand, den es zu verbessern gilt.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Vor diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Kabelanordnung umfassend ein Kabel und ein Außenleiterkontaktelement zu schaffen, die in ihrem Hochfrequenzübertragungsverhalten optimiert ist.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Kabelanordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Demgemäß ist vorgesehen:
- Eine Kabelanordnung mit
- - einem Kabel, welches einen Außenleiter aufweist,
- - einem Außenleiterkontaktelement, welches mit dem Außenleiter elektrisch verbunden ist und eine Durchmesserveränderung aufweist,
- - wobei die Kabelanordnung in einem Bereich der Durchmesserveränderung ein elektrisch leitfähiges Füllelement aufweist,
- - welches eingerichtet ist, einen Lufteinschluss im Bereich der Durchmesserveränderung zu reduzieren.
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Die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Erkenntnis/Idee besteht darin, zumindest einen Teil der im Hohlraum eingeschlossenen Luft, die elektrisch nicht leitfähig ist, durch ein elektrisch leitfähiges Füllelement zu ersetzen. Optimaler Weise wird die im Hohlraum eingeschlossene Luft vollständig durch das elektrisch leitfähige Füllelement ersetzt. Auf diese Weise ist außenleiterseitig der Bereich der Durchmesserveränderung des Außenleiterkontaktelements, d.h. der Bereich der radialen Verengung des Außenleiterkontaktelements, in dem sich nach dem Stand der Technik der mit Luft gefüllte Hohlraum ausbildete, bis zum Isolatorteil mit elektrisch leitfähigen Material ausgefüllt. Der außenleiterseitige Innendurchmesser ist somit im Bereich der Durchmesserveränderung des Außenleiterkontaktelements an den außenleiterseitigen Innendurchmesser in den übrigen Bereichen des Hochfrequenzkabels und des Außenleiterkontaktelements angepasst. Somit wird vorteilhaft ein gleichbleibender Impedanzverlauf über den gesamten Hochfrequenzsignalpfad innerhalb des Hochfrequenzkabels und des Außenleiterkontaktelements erreicht und damit der Einsatz des Hochfrequenzkabels, insbesondere im Übergang zu einem Verbinder, für Hochfrequenzsignale bis in den zwei- oder dreistelligen Gigahertzbereich erweitert.
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Bei dem Kabel handelt es sich bevorzugt um ein Hochfrequenzkabel zur Übertragung eines Hochfrequenzsignals. Ein Hochfrequenzsignal ist im weitesten Sinne ein Signal im Frequenzbereich zwischen 3 MHz und 30 THz. Ein entsprechend der Erfindung im Automobilbereich zum Einsatz kommendes Hochfrequenzkabel ist für Anwendungen im einstelligen bis dreistelligen GHz-Bereich bestimmt. Bevorzugt ist das Hochfrequenzkabel ein Koaxialkabel mit einem Innenleiter, einem den Innenleiter koaxial umschließenden Isolatorteil, einem das Isolatorteil koaxial umschließenden Außenleiter und einem den Außenleiter koaxial umschließenden Kabelmantel. Daneben kann das Hochfrequenzkabel auch zwei Innenleiter und einen gemeinsamen Außenleiter zur Übertragung eines differenziellen Hochfrequenzsignals umfassen (sogenanntes geschirmtes Twisted-Pair-Kabel). Schließlich kann das Hochfrequenzkabel auch als geschirmtes Stern-Vierer-Kabel mit jeweils zwei überkreuzten und geschirmten Paaren von Innenleitern realisiert sein. Daneben ist ein Hochfrequenzkabel mit einer beliebigen und technisch sinnvollen Anzahl von geschirmten Paaren von Innenleitern möglich, die entweder parallel oder überkreuzt zueinander angeordnet sind.
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Der Außenleiter des Kabels ist im Hinblick auf ein geringes Kabelgewicht und eine leichte Fertigbarkeit in Form eines metallischen Drahtgeschlechts oder einer metallischen Folie hergestellt. Der Innenleiter des Kabels ist als Seele herstellbar, die von einem Isolatorteil umgeben ist. Anstelle eines Innenleiters und eines Isolatorteils ist auch eine isolierte Ader möglich.
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Ein Außenleiterkontaktelement einer Kabelanordnung ist ein Kontaktelement, das den außenleiterseitigen elektrischen Kontakt zwischen dem Außenleiter des Hochfrequenzkabels und einem Außenleiterkontakt eines Verbinders, bevorzugt eines Steckverbinders, verwirklicht. Das Außenleiterkontaktelement einer Kabelanordnung ist mit dem Außenleiterkontakt des Verbinders bzw. des Steckverbinders unlösbar beispielsweise über eine Schweißverbindung verbunden. Alternativ kann das Außenleiterkontaktelement der Kabelanordnung und der Außenleiterkontakt des Verbinders bzw. des Steckverbinders als einziges Bauteil realisiert sein. Neben der elektrischen außenleiterseitigen Kontaktierung übernimmt das Außenleiterkontaktelement der Kabelanordnung vor allem eine elektrische Schirmung im Übergangsbereich zwischen dem Hochfrequenzkabel und dem Verbinder bzw. dem Steckverbinder. Äquivalent kann das Außenleiterkontaktelement der Kabelanordnung in einer unlösbaren Verbindung mit dem Außenleiter eines weiteren Kabels oder mit dem außenleiterseitigen Kontaktanschluss auf einer Leiterplatte oder auf einem Gehäuse elektrisch verbunden sein.
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Das Außenleiterkontaktelement umschließt den freigelegten Innenleiter und das freigelegte Isolatorteil des Kabels und ist deshalb insbesondere im Hinblick auf seine Schirmungsaufgabe bevorzugt hülsenförmig ausgeformt. Das hülsenförmige Außenleiterkontaktelement weist zur Realisierung einer Koaxialität zu einem einzigen Innenleiter eines Kabels bevorzugt ein rundes Querschnittsprofil auf. Daneben sind für das Außenleiterkontaktelement insbesondere bei einem Kabel mit mehreren Innenleitern auch andere Querschnittsprofile wie beispielsweise ein quadratisches, rechteckförmiges oder elliptisches Querschnittsprofil von der Erfindung mit abgedeckt. Das jeweils verwendete Querschnittsprofil hängt auch vom verwendeten Crimpverfahren ab.
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Das Außenleiterkontaktelement ist mit dem Außenleiter des Kabels bevorzugt über eine Crimp- oder Pressverbindung mechanisch und elektrisch verbunden. Neben einer Crimpverbindung ist auch eine Lötverbindung denkbar.
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Die Durchmesserveränderung des Außenleiterkontaktelements kann sprunghaft, d.h. unstetig, erfolgen. Fertigungsbedingt verläuft die Durchmesserveränderung des Außenleiterkontaktelements aber bevorzugt über eine bestimmte axiale Erstreckung und weist einen stetigen Verlauf, d.h. einen verschliefenen oder S-förmigen Verlauf, auf.
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Das in der erfindungsgemäßen Kabelanordnung verwendete elektrisch leitfähige Füllelement ist aus einem einzigen elektrischen leitfähigen Material oder aus einem Verbundmaterial mit mehreren elektrisch leitfähigen Einzelmaterialien hergestellt. Daneben kann das elektrisch leitfähige Füllelement auch aus einem Verbundmaterial mit mindestens einem elektrisch leitfähigen Einzelmaterial und mindestens einem dielektrischen Einzelmaterial hergestellt sein. Entscheidend ist hierbei, dass das elektrisch leitfähige Füllelement eine ausreichende elektrische Leitfähigkeit für Hochfrequenzsignale im genannten Frequenzbereich aufweist.
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Das elektrisch leitfähige Füllelement kann hierbei ein in sich geschlossenes Bauelement ohne Einschlüsse oder ein Bauelement mit Einschlüssen sein. Das Füllelement kann entsprechend bekannter Ausformungen, beispielsweise als ringförmige Ausformung, ausgeformt sein oder jede beliebige komplexe und filigrane Ausformung aufweisen. Entscheidend ist hierbei vielmehr, dass durch das elektrisch leitfähige Füllelement der ursprünglich mit Luft gefüllte Hohlraum in der Kabelanordnung zumindest teilweise durch ein elektrisch leitfähiges Material des Füllelements ersetzt ist.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den weiteren Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnung.
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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.
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In einer bevorzugten Ausprägung der Erfindung ist das elektrisch leitfähige Füllelement benachbart zu einem axialen Ende des Außenleiters des Kabels innerhalb des Außenleiterkontaktelements angeordnet. Das elektrisch leitfähige Füllelement füllt somit vorteilhafterweise in axialer Kabellängsrichtung den Bereich zwischen dem axialen Ende des Außenleiters und der Durchmesseränderung des Außenleiterkontaktelements innerhalb des Außenleiterkontaktelements zumindest teilweise auf. Der Abstand zwischen dem axialen Ende des Außenleiters und der Durchmesserveränderung des Außenleiterkontaktelements, bevorzugt der Abstand zwischen dem axialen Ende des Außenleiters und einem dem Verbinder bzw. dem Steckverbinder zugewandten Ende des bevorzugt S-förmigen Verlaufs der Durchmesserveränderung des Außenleiterkontaktelements, ist bevorzugt kleiner als 2 mm, insbesondere kleiner als 0,5 mm.
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Die axiale Längserstreckung des Füllelements ist im nicht eingebauten Zustand des Füllelements somit derart auszulegen, dass das Füllelement im eingebauten Zustand innerhalb der Kabelanordnung den Bereich zwischen dem axialen Ende des Außenleiters und bevorzugt einem dem Verbinder bzw. dem Steckverbinder zugewandten Ende des insbesondere S-förmigen Verlaufs der Durchmesserveränderung des Außenleiterkontaktelements möglichst optimal ausfüllt.
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Ferner weist das Kabel neben dem Außenleiter einen Innenleiter und ein Isolatorteil auf, welches zwischen dem Außenleiter und dem Innenleiter angeordnet ist. Am Kabelende, an dem das Kabel mit einem Verbinder bzw. Steckverbinder verbunden ist, ist der Innenleiter vom Isolatorteil und das Isolatorteil vom Außenleiter jeweils freigelegt.
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Da das Füllelement benachbart zum axialen Ende des Außenleiters angeordnet ist, befindet sich das Füllelement im Bereich des freigelegten Isolatorteils. Das Füllelement umschließt bevorzugt konzentrisch das Isolatorteil des Kabels. Das elektrisch leitfähige Füllelement liegt insbesondere im eingebauten Zustand innerhalb der Kabelanordnung bevorzugt am Isolatorteil an. Außerdem liegt das elektrisch leitfähige Füllelement bevorzugt am Außenleiterkontaktelement an. Das elektrisch leitfähige Füllelement füllt somit vorteilhafterweise auch in einer Querrichtung zur Längserstreckung des Kabels den Bereich zwischen dem Außenleiterkontaktelement und dem Isolatorteil zumindest teilweise, bevorzugt vollständig, auf.
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Die Durchmesserveränderung des Außenleiterkontaktelements stellt bevorzugt eine radiale Verengung dar. Die radiale Verengung des Außenleiterkontaktelements ist bevorzugt derart auszulegen, dass das Außenleiterkontaktelement im Bereich der kleinsten radialen Verengung am Isolatorteil aufliegt. Somit ist der Bereich, in dem ein Füllelement angeordnet sein kann, mit dem Beginn des Bereiches mit der engsten radialen Verengung des Außenleiterkontaktelements abgeschlossen.
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Das Kabel weist vorzugsweise eine Stützhülse auf, die den Innenleiter umschließt. Um die Stützhülse herum ist der freigelegte Außenleiter des Kabels zurückgeschlagen. Der Innendurchmesser der Stützhülse ist bevorzugt etwas größer als der Außendurchmesser des Außenleiters ausgelegt, sodass die Stützhülse problemlos außen auf den Außenleiter aufzubringen ist. Beim Crimp- oder Pressvorgang verhindert die Stützhülse eine Beschädigung des Innenleiters. Außerdem ermöglicht die Stützhülse eine verbesserte Verpressung von Außenleiter und Außenleiterkontaktelement.
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Das Außenleiterkontaktelement, das nach dem Crimp- oder Pressvorgang mit dem freigelegten und über die Stützhülse zurückgeschlagenen Außenleiter im Bereich der Stützhülse elektrisch verbunden ist, ist hinsichtlich seines Innendurchmessers an den Außendurchmesser des zurückgeschlagenen Außenleiters angepasst. Der Abstand zwischen dem Außenleiterkontaktelement im Bereich der Stützhülse, d.h. im nicht verengten Durchmesserbereich des Außenleiterkontaktelements, zum Isolatorteil ist bevorzugt kleiner als 1,5 mm, insbesondere kleiner als 1,0 mm. Zusätzlich ist die Quererstreckung des Füllelements im nicht eingebauten Zustand des Füllelements somit derart auszulegen, dass das Füllelement im eingebauten Zustand innerhalb der Kabelanordnung den Bereich zwischen dem Außenleiterkontaktelement und dem Isolatorteil möglichst optimal ausfüllt.
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Da das Außenleiterkontaktelement vorzugsweise im Bereich der Stützhülse mit dem Außenleiter des Kabels vercrimpt ist, ist das Außenleiterkontaktelement insbesondere im Bereich der Stützhülse bevorzugt als Crimphülse realisiert. Als Crimptyp wird bevorzugt der B-Crimp-Typ verwendet, der eine gute mechanische Stabilität der Crimpverbindung garantiert und einfach zu fertigen ist. Alternativ können aber auch andere Crimp-Typen Verwendung finden. Die Crimpverbindung wird durch eine von radial außen auf das Außenleiterkontaktelement aufgebrachte Presskraft hergestellt. Die Presskraft wird im Bereich der Stützhülse über den gesamten Umfang der Crimphülse aufgebracht, sodass die Crimphülse den um die Stützhülse zurückgeschlagenen Außenleiter vollständig umläuft.
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Neben diesem Leitercrimp wird im Hinblick auf eine stabilere Befestigung des Außenleiterkontaktelements auf das Kabel ein weiterer Crimp zwischen dem Außenleiterkontaktelement und dem Kabelmantel durchgeführt. Dieser weitere Crimp wird als Mantelcrimp oder Isolierungscrimp bezeichnet.
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Das elektrisch leitende Füllelement ist in einer bevorzugten Ausprägung elastisch. Auf diese Weise lässt sich das Füllelement an fertigungsbedingt unterschiedlich ausgeformte und fertigungsbedingt unterschiedlich große Hohlräume anpassen. Typischerweise ist das elastische Füllelement im eingebauten Zustand innerhalb der Kabelanordnung somit kleiner dimensioniert als im nicht eingebauten Zustand. Die Elastizität des Füllelements ermöglicht auch eine möglichst vollständige Ausfüllung des Hohlraums durch das Füllelement.
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In einer ersten Variante ist das elektrisch leitfähige und elastische Füllelement aus einem elektrisch leitfähigen Elastomer hergestellt. Hierbei handelt es sich bevorzugt um einen Elastomer, in dem in einer bestimmten Dichte elektrisch leitfähige Partikel, bevorzugt metallische Partikel, verstreut enthalten sind. Größe und Ausformung der einzelnen metallischen Partikel können geringfügig schwanken oder optimalerweise jeweils übereinstimmen. Größe, Anordnung und Verteilung der einzelnen metallischen Partikel innerhalb des Elastomers sind so zu wählen, dass das elektrisch leitfähige und elastische Füllelement eine ausreichende elektrische Leitfähigkeit über seine gesamte Erstreckung für ein Hochfrequenzsignal im genannten Frequenzbereich aufweist.
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In einer zweiten Variante weist das elektrisch leitfähige und elastische Füllelement einen elektrisch leitfähigen Draht, d.h. einen metallischen Draht, auf, der dreidimensional geflochten ist. Die dreidimensionale Flechtung des metallischen Drahts kann vollkommen ungeordnet oder in einer bestimmten Ordnungsstruktur vorliegen. Typischerweise ist der dreidimensional geflochtene metallische Draht im Hinblick auf eine bestimmte Form und eine bestimmte Ausdehnung im nicht eingebauten Zustand des Füllelements innerhalb des Füllelements zusammengepresst. Auch kann der dreidimensional geflochtene metallische Draht innerhalb des Füllelements in einem Elastomer integriert sein.
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Weist das Kabel nur einen einzigen Innenleiter auf, so ist das Isolatorteil und der Außenleiter jeweils koaxial zum einzigen Innenleiter angeordnet. Ein Füllelement, das in eine derartige Kabelanordnung eingefügt ist, ist somit ebenfalls bevorzugt koaxial zum einzigen Innenleiter angeordnet. Somit weist ein derartiges Füllelement eine rotationssymmetrische Ausformung, bevorzugt eine ringförmige oder eine hohlzylindrische Ausformung, auf.
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Schließlich umfasst die Erfindung auch eine Verbinderanordnung mit einem Verbinder, bevorzugt einem Steckverbinder, und einer Kabelanordnung. Das Außenleiterkontaktelement der Kabelanordnung ist hierbei mit dem Außenleiterkontakt des Verbinders bzw. des Steckverbinders verbunden. Alternativ kann das Außenleiterkontaktelement der Kabelanordnung und der Außenleiterkontakt des Verbinders bzw. des Steckverbinders als einziges Element realisiert sein. Anstelle eines Steckverbinders kann der Verbinder auch als Schraubverbinder oder mittels einer anderen Verbindungstechnik verwirklicht sein.
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Die obigen 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.
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Figurenliste
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Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren der Zeichnung angegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen dabei:
- 1A eine Querschnittsdarstellung einer erfindungsgemä-ßen Verbinderanordnung mit einem als Stecker realisierten Steckverbinder,
- 1B eine Querschnittsdarstellung einer erfindungsgemä-ßen Verbinderanordnung mit einem als Kuppler realisierten Steckverbinder,
- 2A eine Draufsicht eines Füllelement,
- 2B eine Querschnittsdarstellung einer ersten Variante des Füllelements und
- 2C eine Querschnittsdarstellung einer zweiten Variante des Füllelements
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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.
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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.
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Im Folgenden werden die Figuren zusammenhängend und übergreifend beschrieben.
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BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSBEISPIELEN
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Die in 1A schematisch dargestellte erfindungsgemäße Verbinderanordnung 10, die als Steckverbinderanordnung realisiert ist, umfasst einen Verbinder 20 und ein daran angeschlossenes Kabel 30. Der Verbinder 20 ist als Steckverbinder realisiert, welcher wiederum als Stecker ausgeführt ist. Bei der in 1A dargestellten Verbinderanordnung handelt es sich um eine koaxiale Verbinderanordnung aus einem koaxialen Steckverbinder und einem koaxialen Kabel. Alternativ sind auch nicht koaxiale Verbinderanordnungen aus einem nicht koaxialen Verbinder bzw. Steckverbinder und einem zugehörigen nicht koaxialen Kabel von der Erfindung mit abgedeckt, wie weiter oben schon erwähnt wurde.
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Das als Koaxialkabel ausgeführte Kabel 30 weist einen Innenleiter 31, ein den Innenleiter 31 koaxial umschließendes Isolatorelement 32, einen das Isolatorelement 32 koaxial umschließenden Außenleiter 33 aus einem Drahtgeflecht oder einer leitenden Folie und einen den Außenleiter 33 umschließenden Kabelmantel 34 aus einem elektrisch isolierenden Material wie beispielsweise Kunststoff.
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Wie aus 1A deutlich zu erkennen ist, ist der Innenleiter 31 des Kabels 30 an seinem dem Verbinder 20 zugewandten Ende abisoliert, d.h. gegenüber dem Isolatorteil 32 freigelegt. Auch das Isolatorteil 32 ist an seinem dem Verbinder 20 zugewandten Ende gegenüber dem Außenleiter 33 freigelegt. Schließlich ist auch der Außenleiter 33 an seinem dem Verbinder 20 zugewandten Ende vom Kabelmantel 34 freigelegt.
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Das dem Verbinder 20 zugewandte Kabelende des Kabels 30 ist in einem hülsenförmigen Außenleiterkontaktelement 35 aufgenommen. Der Innendurchmesser des Außenleiterkontaktelements 35 entspricht im Wesentlichen dem Außendurchmesser des Kabelmantels 34, sodass das Kabelende des Kabels 30 einschließlich eines bestimmten Abschnittes des Kabelmantels 34 in eine Öffnung des Außenleiterkontaktelements 35 einführbar ist und ein anschließender Crimp- bzw. Verpressprozess zwischen dem Außenleiterkontaktelement 35 und dem Kabel 30 möglich ist.
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Wie bereits erwähnt erfolgt der Crimp- bzw. Verpressungvorgang zwischen dem Kabel 30 und dem Außenleiterkontaktelement 35 in drei verschiedenen Abschnitten des Außenleiterkontaktelement 35:
- In einem ersten Abschnitt des Außenleiterkontaktelements 35, der in 1A mit A gekennzeichnet ist, erfolgt eine Fixierung des Außenleiterkontaktelement 35 am Kabelmantel 34 mittels eines Isolierungscrimps. Der Außendurchmesser des Kabelmantels 34 ist aufgrund des Isolierungscrimmps, wie aus 1A zu erkennen ist, im Bereich des Isolierungcrimps geringfügig reduziert bzw. eingequetscht.
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In einem zweiten Abschnitt des Außenleiterkontaktelements 35, der in 1A mit B gekennzeichnet ist, ist das freigelegte Schirmungsgeflecht des Außenleiters 33 um eine Stützhülse 36 zurückgeschlagen. Der Innendurchmesser der Stützhülse 36 entspricht im nicht verpressten Zustand im Wesentlichen dem Außendurchmesser des Außenleiters 33, um ein leichtes Einfügen des Kabels 23 mit seinem Außenleiter 33 in die Bohrung der Stützhülse 36 zu ermöglichen. Nach dem Einfügen des Außenleiters 33 des Kabels 23 in die Stützhülse 36 wird die Stützhülse 36 mittels Crimpen am Außenleiter 33 des Kabels 23 fixiert. Der Außenleiter 33, der aufgrund seiner Ausführung als Schirmungsgeflecht oder leitende Folie leicht um die fixierte Stützhülse 36 herum zurückgeschlagen werden kann, ist von seiner Länge derart ausgelegt, dass er über die gesamte Längserstreckung der Stützhülse 36 zurückgeschlagen werden kann. Dadurch, dass der Außenleiter radial außerhalb der Stützhülse 36 entlang der gesamten Längserstreckung der Stützhülse 36 auf der Stützhülse 36 aufliegt, ist eine bestmögliche Haltekraft zwischen dem Außenleiter 33 und der Außenleiterkontakt Hülse 36 realisierbar.
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Um das Kabel 30 mit seinem um die Stützhülse 36 zurückgeschlagenen Außenleiter 33 leicht in die Öffnung des Außenleiterkontaktelements 35 einfügen zu können, entspricht der Außendurchmesser des um die Stützhülse 36 zurückgeschlagenen Außenleiters 33 im Wesentlichen dem Innendurchmesser des Außenleiterkontaktelement 35. Die Stützhülse 36, die sowohl radial innerhalb wie auch radial außerhalb vom Außenleiter 33 umgeben ist, ermöglicht eine stabilere Fixierung des Außenleiterkontaktelement 35 am Außenleiter 33 des Kabels 30 beim Crimp- bzw. Verpressvorgang. Außerdem verhindert die Stützhülse 36 bei einem derartigen Leitercrimp die Beschädigung des Innenleiters 31. Insbesondere der radial innerhalb der Stützhülse 36 befindliche Abschnitt des Außenleiters 33 weist aufgrund des Leitercrimps im Bereich der Stützhülse 36 einen geringfügig reduzierten bzw. eingequetschten Außendurchmesser auf, wie aus 1A zu erkennen ist.
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In einem dritten Abschnitt des Außenleiterkontaktelements 35, der in 1A mit C gekennzeichnet ist und sich zwischen dem axialen Ende des Außenleiters 33 und einem dem Verbinder 20 zugewandten Ende des Außenleiterkontaktelement 35 befindet, liegt ein so genannter Taillencrimp vor. Bei diesem Taillencrimp weist das Außenleiterkontaktelement 35 eine radiale Verengung auf. Das Außenleiterkontaktelement 35 liegt im Bereich seiner engsten radialen Verengung am freigelegten Isolatorteil 32 des Kabels 30 auf.
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Da im Abschnitt des Hochfrequenzsignalpfades zwischen dem axialen Ende des Außenleiters 33 und dem Verbinder 20 kein Außenleiter 33 des Kabels 30 vorliegt, wird der außenleiterseitige Hochfrequenzsignalpfad durch das Außenleiterkontaktelement 35 gebildet. Ohne Realisierung einer radialen Verengung des Außenleiterkontaktelements 35 würde sich der Abstand zwischen der außenleiterseitigen und der innenleiterseitigen Signalführung und damit die Impedanz in diesem Abschnitt gegenüber den Abschnitten des Hochfrequenzsignalpfades ändern, in denen jeweils ein Außenleiter 33 des Kabels 30 noch vorliegt. Diese Fehlanpassung der Impedanz bewirkt nachteilig Reflexionen von höherfrequenten Signalanteilen und verschlechtert die Übertragungscharakteristik des Hochfrequenzsignalpfades. Durch die radiale Verengung des Außenleiterkontaktelement 35 wird der Innendurchmesser des Außenleiterkontaktelement 35 im Bereich der engsten radialen Verengung auf den Innendurchmesser des Außenleiters 33 des Kabels 30 zurückgeführt. Auf diese Weise ist die Impedanz des Hochfrequenzsignalpfades im Bereich der engsten radialen Verengung des Außenleiterkontaktelement 35 wieder an die Impedanz des Hochfrequenzsignalpfades innerhalb des Kabels 30 und im Bereich des Außenleiterkontaktelement 35 bis zum axialen Ende des Außenleiters 33 angepasst.
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Wie ebenfalls aus 1A zu erkennen ist, weist das Außenleiterkontaktelement 35 einen Abschnitt auf, der in 1A mit D gekennzeichnet ist, in dem einerseits kein Außenleiter 33 des Kabels 30 vorliegt und andererseits der Abstand zwischen dem Außenleiterkontaktelement 35 und dem Innenleiter 33 nicht dem angepassten Abstand zwischen der außenleiterseitigen und der innenleiterseitigen Signalführung entspricht. Dies liegt einerseits daran, dass die Durchmesserveränderung des Außenleiterkontaktelement 35 nicht sprunghaft, d.h. unstetig, sondern in einem stetig verlaufenden Übergang über eine gewisse axiale Längserstreckung erfolgt. Andererseits resultiert dieser Abschnitt D aus Fertigungstoleranzen der einzelnen Komponenten, beispielsweise des Außenleiters 33, der Stützhülse 36, des Außenleiterkontaktelement 35, des Verbinders 20 usw., und der einzelnen Montageschritte, beispielsweise des Leitercrimmps und des Taillencrimps.
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Der Abstand zwischen dem axialen Ende des Außenleiters 33 und dem Beginn der engsten radialen Verengung, in dem das Außenleiterkontaktelement 35 auf dem Isolatorteil 33 aufliegt, ist typischerweise kleiner als 2 mm, bevorzugt kleiner als 0,5 mm. In diesem Bereich des Hochfrequenzsignalspfades zwischen dem axialen Ende des Außenleiters 33, des Außenleiterkontaktelement 35 und dem Isolatorteil 33 bildet sich nach dem Stand der Technik ein Hohlraum aus, der einzig mit Luft gefüllt ist. Innerhalb dieses Bereiches weist der Hochfrequenzsignalpfad in seinem Impedanzverlauf eine Unstetigkeit auf, die die Übertragungscharakteristik insbesondere für höherfrequenten Signalanteile im zwei bzw. dreistelligen Gigahertzbereich verschlechtert.
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Zur Überwindung dieses technischen Nachteiles ist in diesem Bereich, der sich benachbart zum axialen Ende des Außenleiters 33 befindet, ein elektrisch leitfähiges und elastisches Füllelement 37 angeordnet. Durch die Elastizität des Füllelement 37 ist es möglich, dass der sich bildende Hohlraum zwischen dem axialen Ende des Außenleiters 33, dem Außenleiterkontaktelement 35 und dem Isolatorteil 33 weitest möglich mit dem Füllelement 37 ausgefüllt ist. Auf diese Weise ist es auch möglich, dass das elektrisch leitfähige Füllelement 37 den Bereich bis zum Isolatorteil 33 ausfüllt und somit ein im Wesentlichen gleichbleibender außenleiterseitiger Innendurchmesser vom Außenleiter 33 des Kabels 30 im Abschnitt B über das elektrisch leitfähige und elastische Füllelement 37 im Abschnitt D bis zur engsten radialen Verengung des Außenleiterkontaktelements 35 im Abschnitt C verwirklicht ist. Der Hochfrequenzsignalpfad weist somit in diesen Abschnitten im Wesentlichen keine Unstetigkeiten in seinem Impedanzverlauf auf und ermöglicht ein optimiertes Übertragungsverhalten für Hochfrequenzsignale bis in den zwei- und dreistelligen Gigahertzbereich.
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Das elektrisch leitfähige und elastische Füllelement 37 umschließt das Isolatorelement 33 und weist somit eine rotationssymmetrische Ausformung, bevorzugt eine ringförmige oder hülsenförmige Ausformung, gemäß 2A auf.
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In einer ersten Variante ist das elektrisch leitfähige und elastische Füllelement 37 gemäß 2B aus einem Elastomer mit integrierten elektrisch leitfähigen Partikeln, bevorzugt metallischen Partikeln, hergestellt. Die Anzahl, die Größe, die Ausformung und die Anordnung der einzelnen elektrisch leitfähigen Partikel innerhalb des aus Elastomer hergestellten Füllelements 37 ist so zu wählen, dass das elektrisch leitfähige und elastische Füllelement eine ausreichende elektrische Leitfähigkeit für Hochfrequenzsignale bis in den zwei- bzw. dreistelligen Gigahertzbereich aufweist.
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In einer zweiten Variante ist das elektrisch leitfähige und elastische Füllelement 37 gemäß 2C aus einem Elastomer mit einem integrierten elektrisch leitfähigen Draht hergestellt, der dreidimensional geflochten ist. Die dreidimensionale Flechtung des elektrisch leitfähigen Drahtes kann dabei vollkommen ungeordnet oder in einer bestimmten Ordnungsstruktur erfolgen. Auch für die zweite Variante gilt, dass die Länge, der Durchmesser, die Art der Flechtung und die Dichte des elektrisch leitfähigen und dreidimensional geflochtenen Drahtes so zu wählen ist, dass das elektrisch leitfähige und elastische Füllelement eine ausreichende elektrische Leitfähigkeit für Hochfrequenzsignale bis in den zwei- bzw. dreistelligen Gigahertzbereich aufweist.
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Das Außenleiterkontaktelement 35 ist gemäß 1A an seinem dem Verbinder 20 zugewandten Ende, an dem es den gleichen Durchmesser wie an seinem dem Kabel 30 zugewandten Ende aufweist, mit dem Außenleiterkontakt 21 bevorzugt mittels einer Schweißverbindung verbunden. Diese Schweißverbindung zwischen dem Außenleiterkontaktelement 35 und dem Außenleiterkontakt 21 des als Steckverbinder ausgeführten Verbinders 20 kann, wie in 1A dargestellt ist, radial innerhalb des Außenleiterkontakt 21, aber auch radial außerhalb des Außenleiterkontakt 21 des Verbinders 20 realisiert sein. Alternativ zur zweiteiligen Lösung aus einem Außenleiterkontaktelement 35 und einem Außenleiterkontakt 21 des Verbinders 20 ist auch eine einteilige Lösung denkbar, bei der das Außenleiterkontaktelement 35 und der Außenleiterkontakt 21 des Verbinders 20 gemeinsam ein einziges Bauteil bilden.
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Der Innenleiter 31 des Kabels 30 ist am kabelseitigen Ende des als Steckverbinder realisierten Verbinders 20 über eine Crimpverbindung 22 mit dem Innenleiterkontakt 23 des Verbinder 20 elektrisch und mechanisch stabil verbunden. Anstelle einer Crimpverbindung zwischen dem Innenleiter 31 des Kabels 30 und dem Innenleiterkontakt 23 des Verbinder 20 ist alternativ auch eine Lötverbindung denkbar. Der Innenleiterkontakt 23 ist über mindestens ein Isolatorteil 24 koaxial zum Außenleiterkontakt 21 innerhalb des Verbinders 20 angeordnet.
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Der als Steckverbinder ausgeführte Verbinder 20 ist in der in 1A dargestellten Variante als Stecker realisiert. Der Innenleiterkontakt 23 ist somit am steckseitigen Ende des Steckverbinders stiftförmig innerhalb des buchsenförmig ausgeführten Außenleiterkontakts 21 ausgeformt.
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In der in 1B dargestellten Variante einer Verbinderanordnung 10 ist der als Steckverbinder ausgeführte Verbinder 20 als Kuppler realisiert. Am steckseitigen Ende des Verbinders 20 ist der Innenleiterkontakt 23 des Verbinders 23 somit buchsenförmig ausgeführt. Der buchsenförmig ausgeführte Außenleiterkontakt 21 des als Kuppler ausgeführten Verbinders 20 ist als Federkorb bzw. Federhülse ausgebildet, um steckseitig eine Elastizität zu realisieren, die für einen Steckvorgang mit einem als Stecker ausgeführten Verbinder 20 die notwendige Elastizität bildet.
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Die übrigen Elemente der in 1B dargestellten Variante einer Verbinderanordnung 10 entsprechen denen der in 1A dargestellten und bereits beschriebenen Variante einer Verbinderanordnung. Auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente wird deshalb an dieser Stelle verzichtet und auf die zugehörige Beschreibung der 1A verwiesen.
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An dieser Stelle sei noch einmal erwähnt, dass das Kabel 30 mit dem daran befestigten Außenleiterkontaktelement 35 eine Kabelanordnung bildet. Das Außenleiterkontaktelement 35 muss nicht zwingend in einer Verbinderanordnung 10 mit einem Verbinder 20 verbunden sein. Alternativ kann das Außenleiterkontaktelement 35 an seinem dem Kabel 30 abgewandten Ende mit einem weiteren Kabel, bevorzugt einem Hochfrequenzkabel, fest in einer unlösbaren Verbindung verbunden sein. Schließlich ist auch eine unlösbare Verbindung, d.h. bevorzugt eine Lötverbindung, des Außenleiterkontaktelements 35 mit einem außenleiterseitigen Kontaktanschluss bzw. Masseanschluss auf einer Leiterplatte oder in einem Gehäuse möglich. Der Innenleiter 31 des Kabels 30 ist hierbei bevorzugt über eine Lötverbindung mit einem innenleiterseitigen Kontaktanschluss auf einer Leiterplatte bzw. in einem Gehäuse verbunden.
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Obwohl die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele vorstehend vollständig beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Art und Weise modifizierbar.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 202015000751 U1 [0006]
