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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft einen Stecker zur Aufnahme von elektrischen Leitungen mit den Merkmalen des Oberbegriffs der beiden unabhängigen Ansprüche 1 und 2.
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Ein gattungsgemäßer Stecker ist aus dem
DE 20 2015 100 245 U1 bekannt. Der bekannte Stecker zeichnet sich dadurch aus, dass dieser zur Aufnahme von Datenleitungen ausgebildet ist, welche durch ein Abschirmelement gegenüber schädlichen elektromagnetischen Schwingungen abgeschirmt sind. Weiterhin weist der Stecker ein Buchsengehäuse auf, in das die Leitungen mittels Buchseneinsätzen angeordnet sind. Das Abschirmelement besteht aus zwei, in Kreuzform zueinander angeordneten Abschirmblechen und ist in das Buchsengehäuse eingeschoben, d.h., als ein vom Buchsengehäuse separates Element ausgebildet. Die Fertigung eines derartigen Steckers ist durch den zusätzlichen Montagevorgang des Abschirmelements in das Buchsengehäuse relativ aufwendig gestaltet und benötigt eine entsprechende konstruktive Gestaltung des Buchsengehäuses, damit das Abschirmelement in geeigneter Art und Weise montiert werden kann.
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Weiterhin ist es aus der nachveröffentlichten
DE 10 2017 212 600 A1 bekannt, ein eine Datenleitung umgebendes Abschirmelement in Form eines Blechbiegeteils zu verwenden, das wiederum mit der Leitung verbunden ist und das zur Ausbildung eines sogenannten Plugin-Moduls von einem aus Kunststoff bestehenden Element umspritzt ist, das wiederum in das Buchsengehäuse einschiebbar bzw. positionierbar ist. Somit ist es erforderlich, das Abschirmelement jeweils bei der Fertigung der elektrischen Leitung bzw. des Buchseneinsatzes mit dieser zu verbinden.
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Offenbarung der Erfindung
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Der erfindungsgemäße Stecker zur Aufnahme von elektrischen Leitungen mit den Merkmalen der Ansprüche 1 und 2 hat den Vorteil einer besonders einfachen und wirtschaftlich vorteilhaft herstellbaren Ausgestaltung bei guter Abschirmwirkung. Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, das Abschirmelement als integralen Bestandteil des Buchseneinsatzes oder des die Datenleitung aufnehmenden Bauteils (Plugin-Modul aus Kunststoff) auszubilden, d.h. das Abschirmelement bei der Fertigung des Buchseneinsatzes bzw. der Datenleitung mit diesem bzw. dieser zusammen herzustellen. Insbesondere ermöglicht es die erfindungsgemäße Lösung des Steckers, auf ansonsten durch separate Montageprozesse erforderliche Abschirmelemente verzichten zu können. Auch ermöglicht es der erfindungsgemäße Stecker, diesen insgesamt gesehen besonders kompakt auszubilden.
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Gemäß der Lehre der Erfindung nach Anspruch 1 und 2 ist es vorgesehen, dass das Abschirmelement in Form einer Metallisierungsschicht am Buchseneinsatz oder an einem die Datenleitung aufnehmenden Element (Plugin-Modul) ausgebildet ist, oder dass das Abschirmelement als wenigstens ein aus Metall bestehendes, als Einlegeteil für den Buchseneinsatz ausgebildetes und von dem Kunststoff des Buchseneinsatzes umspritztes Element ausgebildet ist.
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Die Lehre der beiden unabhängigen Ansprüche schlägt somit zwei alternative Lösungen vor, einerseits eine Metallisierung des Buchseneinsatzes bzw. des Plugin-Moduls, wobei letzteres die Datenleitung unmittelbar umgibt. Dadurch lässt sich insbesondere der Vorteil eines besonders kompakt ausgebildeten Buchseneinsatzes erzielen, da die Metallisierung den Querschnitt des Buchseneinsatzes bzw. des Plugin-Moduls nur um ein relativ geringes Maß vergrößert. Alternativ hierzu ist das Abschirmelement in Form wenigstens eines Einlegeteils für das Werkzeug des Buchseneinsatzes ausgebildet, d.h., dass die Datenleitung bzw. das Plugin-Modul kein separates Abschirmelement aufweisen muss.
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Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Steckers zur Aufnahme von elektrischen Leitungen sind in den Unteransprüchen aufgeführt.
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Eine besonders einfache Montage der Datenleitungen in den Buchseneinsatz wird erzielt, wenn der Buchseneinsatz Buchsenaufnahmen für die Datenleitungen aufweisen, und wenn die Datenleitungen zumindest mittelbar durch Rastverbindungen in den Buchsenaufnahmen positioniert sind.
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Eine verbesserte Abschirmwirkung lässt sich darüber hinaus erzielen, wenn zwischen den Buchsenaufnahmen und den Datenleitungen bzw. den Plugin-Modulen Luftspalte ausgebildet sind. Derartige Luftspalte verlaufen zumindest über einen Teilbereich der Länge der Buchsenaufnahmen bzw. über einen Teilbereich der Querschnitte der Buchsenaufnahmen. Hierzu sind entweder die Buchsenaufnahmen oder die Datenleitungen bzw. Plugin-Module typischerweise mit entsprechenden Rippenstrukturen oder ähnlichem versehen, die einerseits eine exakte Positionierung der Plugin-Module in den Buchsenaufnahmen ermöglicht, und andererseits in den Bereichen, in denen keine unmittelbare Anlage bzw. kein unmittelbarer Kontakt zwischen den Plugin-Modulen und den Buchsenaufnahmen besteht, entsprechende Luftspalte aufweist.
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Eine weitere, insbesondere den Platzbedarf des Buchseneinsatzes minimierende Ausgestaltung sieht vor, dass die Buchsenaufnahmen im Querschnitt zumindest im Wesentlichen U-förmig ausgebildet sind und von einer Außenfläche des Buchseneinsatzes ausgehen. Eine derartige Anordnung der Buchsenaufnahmen hat darüber hinaus den Vorteil, dass im Falle einer Metallisierung zur Ausbildung des Abschirmelements die Metallisierung besonders einfach bzw. prozesssicher im Bereich der Buchsenaufnahme angeordnet bzw. aufgebracht werden kann.
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Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung des Buchseneinsatzes im Falle einer Metallisierung sieht vor, dass sowohl die Buchsenaufnahme als auch der Buchseneinsatz außerhalb der Buchsenaufnahme an zumindest einer Außenfläche metallisiert ist. Eine derartige Ausgestaltung hat insbesondere den Vorteil, dass die Metallisierung besonders einfach aufgebracht werden kann, und dass eine hohe Abschirmwirkung erzielbar ist.
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Im Falle von als Einlegeteilen ausgebildeten Abschirmelementen ist es in einer ersten konstruktiven Ausgestaltung vorgesehen, dass beim Vorhandensein von mehreren, auf einer Ebene nebeneinander angeordneten Datenleitungen das Einlegeteil im Querschnitt jeweils U-förmig ausgebildet ist und die Einlegeteile zueinander beabstandet angeordnet sind.
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Weiterhin kann es ebenfalls beim Vorhandensein von mehreren, auf einer Ebene nebeneinander angeordneten Datenleitungen in einer alternativen Ausgestaltung vorgesehen sein, dass das Abschirmelement aus mehreren, im Kontakt zueinander angeordneten Elementen gebildet ist.
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Die beiden zuletzt genannten Lösungen haben den Vorteil, dass der Buchseneinsatz bzw. die Abschirmelemente in Art eines Baukastensystems einfach an den jeweiligen Anwendungsfall angepasst werden kann/können.
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Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung bei der Verwendung von Einlegeteilen als Abschirmelement sieht es zur Vergrößerung der mechanischen Festigkeit bzw. Stabilität des Buchseneinsatzes vor, dass das wenigstens Bauteil des Abschirmelements eine Ausnehmung oder einen Schlitz aufweist, der von dem Kunststoff des Buchseneinsatzes ausgefüllt ist.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung.
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Diese zeigt in:
- 1 in perspektivischer Darstellung eine Verbindungsanordnung zwischen einem Steuergerät und einem Stecker eines Kabelbaums,
- 2 Teile der Verbindungsanordnung gemäß 1 ohne die Darstellung des Steckers und eines Buchsengehäuses,
- 3 eine perspektivische Darstellung eines Buchseneinsatzes mit darin angeordneten elektrischen Leitungen unter Verwendung eines in dem Buchseneinsatz angeordneten Abschirmblechs,
- 4 eine perspektivische Darstellung des Abschirmblechs gemäß der 3 in Einzeldarstellung,
- 5 eine perspektivische Ansicht eines Teilelements des Abschirmblechs gemäß 4,
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bis
9 jeweils in vereinfachten Darstellungen, unterschiedlich ausgestaltete Abschirmelemente in Form von Abschirmblechen,
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und
11 jeweils in geschnittener Darstellung die Möglichkeit einer Massekontaktierung eines Abschirmelements in unterschiedlichen Varianten und
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und
13 jeweils in geschnittener Darstellung, unterschiedliche Varianten von Metallisierungen zur Ausbildung von Abschirmelementen für elektrische Leitungen.
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Gleiche Elemente bzw. Elemente mit gleicher Funktion sind in den Figuren mit den gleichen Bezugsziffern versehen.
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In der 1 ist eine Verbindungsanordnung 10 zwischen einem Stecker 100 und einem bereichsweise dargestellten, als Steckmodul ausgebildeten Steuergeräts 1 gezeigt. Das Steuergerät 1 ist vorzugsweise, jedoch nicht einschränkend, für den Einsatz bei Kraftfahrzeuganwendungen vorgesehen und weist ein in der 1 nicht dargestelltes Gehäuse auf, das mit einem Steckeranschlusskörper 12 im Bereich einer Öffnung des Gehäuses verschlossen ist. Der Steckeranschlusskörper 12, der als Kunststoffspritzgussteil ausgebildet ist, ist über eine Vielzahl von nebeneinander und in parallelen Reihen zueinander angeordneten, als Stanzelemente ausgebildeter Anschlusselemente 14, 16, auf elektrischer Masse liegender Abschirmbleche 18 und Massepins 20 mit einer im Inneren des Steuergeräts 1 auf einem Schaltungsträger bzw. einer Leiterplatte vorgesehenen elektronischen Schaltung kontaktierbar. Hierzu dient beispielhaft ein in der 1 erkennbarer Körper 22, der mit der der Führung der angesprochenen Elemente zur Kontaktierung mit dem Schaltungsträger bzw. der Leiterplatte mittels Einpressverbindungen dient.
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Der Stecker 100 weist ein Buchsengehäuse 25 auf, das mit dem Steckeranschlusskörper 12 mechanisch verbindbar ist. Hierzu weist das Buchsengehäuse 25 auch einen schwenkbar angeordneten Steckerhebel 26 auf, um den Stecker 100 an dem Steckeranschlusskörper 12 mechanisch lösbar fixieren zu können.
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Entsprechend einer Zusammenschau der 1 und 2 sind in dem in der 2 nicht dargestellten Buchsengehäuse 25 beispielsweise zwei Buchseneinsätze 28, 30 vorgesehen, die der Aufnahme von Leitungen 2, 3 dienen. Beispielhaft sind in dem einen Buchseneinsatz 28 zwei Reihen mit jeweils mehreren nebeneinander angeordneten analogen Leitungen 2 aufgenommen, während in dem Buchseneinsatz 30 eine Reihe von der Datenübertragung dienenden Leitungen 3 angeordnet sind, die als (digitale) Ethernetleitungen 5 ausgebildet sind. Derartige Ethernetleitungen 5 gestatten es beispielsweise, eine Datenübertragungsrate von bis zu ein Gigabit pro Sek. zu ermöglichen.
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Zur Sicherstellung der Datenübertragungsqualität ist es vorgesehen, die Leitungen 3 bzw. Ethernetleitungen 5 gegenüber elektromagnetischen Strahlungen abzuschirmen. Hierzu sind innerhalb des Steuergeräts 1 beispielhaft die Abschirmbleche 18 vorgesehen. Weiterhin umfassen die Abschirmmaßnahmen einen speziell ausgebildeten Buchseneinsatz 30, der in der 3 in Einzeldarstellung vereinfacht dargestellt ist.
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Der in der 3 dargestellte, als Kunststoffspritzgussteil ausgebildete Buchseneinsatz 30 ist innerhalb des Buchsengehäuses 25 insbesondere durch eine Rastverbindung montiert bzw. aufgenommen. Weiterhin erkennt man, dass in dem hinsichtlich seiner Quererstreckung lediglich bereichsweise dargestellten Buchseneinsatz 30 für jede Leitung 3 eine Buchsenaufnahme 32 vorgesehen ist, die im Querschnitt U-förmig ausgebildet ist und von einer äußeren Wand 34 bzw. Begrenzung des Buchseneinsatzes 30 ausgeht. Innerhalb der Buchsenaufnahme 32 ist die jeweilige Leitung 3 in Form eines sogenannten „Plugin-Moduls“ mittels einer im Einzelnen nicht dargestellten Rastverbindung aufgenommen bzw. positioniert. Weiterhin erkennt man anhand der Darstellung der 3, dass zwischen dem Außenumfang der Leitung 3 bzw. des Plugin-Moduls und der zugeordneten Buchsenaufnahme 32 ein zumindest bereichsweise ausgebildeter Luftspalt 38 ausgebildet ist. Hierzu sind an der Buchsenaufnahme 32 beispielsweise in Längs- bzw. Einschubrichtung der Leitung 3 angeordnete rippenartige Erhebungen 40 vorgesehen.
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Das Plugin-Modul ist durch einen Kunststoffspritzgusskörper 42 gebildet, wobei der Kunststoff die Leitung 3 umgibt und wobei die Leitung 3 zwei, der Datenübertragung dienende Drähte umfasst, die mit (standardisierten) Buchsen 6, 7 verbunden sind, die ebenfalls von Kunststoff umspritzt sind. Die Buchsen 6, 7 dienen der Kontaktierung der zugeordneten Anschlusselemente 14, 16 des Steuergeräts 1.
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Die Abschirmmaßnahmen für die Leitungen 3 bzw. für die Ethernetleitungen 5 umfassen ein als Einlegeteil für den Buchseneinsatz 30 ausgebildetes Abschirmelement 45 in Form eines Abschirmbleches 46. Dieses Abschirmblech 46 weist, wie insbesondere anhand einer Zusammenschau der 3 bis 5 erkennbar ist, einen im Querschnitt U-förmigen Grundkörper 48 auf, der als Stanz-/Biegeteil ausgebildet ist, aus Metall besteht, und vom Material des Buchseneinsatzes 30 vollständig umspritzt ist. In Bezug auf die Quererstreckung des Grundkörpers 48 ist dieser mittels einer Längsrippe 50 derart unterteilt, dass die beiden in der 3 dargestellten Ethernetleitungen 5 zwischen den kurzen Schenkeln 51, 52 und der Längsrippe 50 des Abschirmelements 45 aufgenommen bzw. bereichsweise umgeben sind. Weiterhin weisen der Grundkörper 48 sowie die Längsrippe 50 von einer Stirnfläche ausgehende, über einen Teilbereich ihrer Länge sich erstreckende Schlitze 55 auf, die bei der Ausbildung des Buchseneinsatzes 30 von dem Material (Kunststoff) des Buchseneinsatzes 30 ausgefüllt sind.
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Beispielhaft weist die Längsrippe 50 eine über den Grundkörper 48 an seiner Außenseite abstehende Abkantung 56 auf, die auf nicht dargestellte Art und Weise mit einem dem Steuergerät 1 zugeordneten Massepin 20 oberhalb bzw. außerhalb des Grundkörpers 48 elektrisch kontaktiert ist.
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In den 6 bis 9 sind unterschiedliche Gestaltungen von Abschirmelementen 45a bis 45d dargestellt, die jeweils vom nicht dargestellten Buchseneinsatz 30 umspritzt sind. Das in der 6 dargestellte Abschirmelement 45a weist eine Platte 58 auf, die in elektrisch leitendem Kontakt mit vier Längsrippen 59 angeordnet ist, wobei die zwischen der Platte 58 und den Längsrippen 59 gebildeten Aufnahmen 60 zur Aufnahme von in der 6 nicht dargestellten drei Ethernetleitungen 5 dienen.
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Das Abschirmelement 45b gemäß der 7 besteht beispielhaft aus zwei, jeweils im Querschnitt U-förmigen Elementen 62, zwischen denen ein plattenförmiges Element 63 angeordnet ist. An das eine Element 62 schließt sich weiterhin ein im Querschnitt L-förmiges Element 64 an. Die untereinander in mechanischem bzw. elektrischen Kontakt stehenden Elemente 62 bis 64 bilden ebenfalls entsprechende Aufnahmen 60 für die Ethernetleitungen 5 aus.
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Das in der 8 dargestellte Abschirmelement 45c für die vier Ethernetleitungen 5 besteht beispielhaft aus drei, im Querschnitt jeweils L-förmigen Elementen 65 und einem im Querschnitt U-förmigen Element 66.
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Demgegenüber besteht das in der 9 dargestellte Abschirmelement 45d aus vier, jeweils im Querschnitt U-förmigen Elementen 68 zur Aufnahme jeweils einer Ethernetleitung 5, wobei die Element 68 voneinander beabstandet angeordnet sind.
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Allen Abschirmelementen 45a bis 45d der 6 bis 9 ist gemeinsam, dass diese in Analogie zum Abschirmelement 45 mit einer in den Figuren nicht dargestellten elektrischen Masseleitung bzw. wenigstens einem Massepin des Steuergeräts 1 kontaktiert sind.
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Eine derartige elektrische Masseverbindung ist beispielhaft anhand der 10 und 11 am Beispiel eines im Querschnitt U-förmigen Elements 70 als Abschirmelement 45e dargestellt. Hierbei können entweder gemäß der 10 zwei Massepins 72 jeweils von der Außen- bzw. Innenseite des Querschnitts des Elements 70 im Bereich von Seitenschenkeln 73 mit diesem kontaktiert sein, oder aber gemäß der 11 im Bereich eines Basisschenkels 74 des Elements 70.
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In der 12 ist eine weitere Realisierung einer Abschirmung von Ethernetleitungen 5 dargestellt. Diese umfasst einen Buchseneinsatz 30a, der an seinen Außenflächen sowie im Bereich insbesondere der Buchsenaufnahmen 32 mit einer Metallisierungsschicht 75 als Abschirmelement 45f versehen ist. Die Ethernetleitungen 5 weisen demgegenüber keine Metallisierung auf.
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In der 13 ist der Fall dargestellt, bei dem der Buchseneinsatz 30b keine Metallisierung aufweist, die Ethernetleitungen 5 jedoch jeweils an ihrer Außenfläche mit einer Metallisierungsschicht 76 als Abschirmelement 45g versehen sind.
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Die Metallisierungsschicht 75, 76 ist beispielsweise durch ein PVD-Verfahren aufgebracht. Insbesondere kann sie Kupfer, Nickel oder Chrom oder eine Kombination der genannten Elemente enthalten.
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Der soweit beschriebene Stecker 10 kann auf vielfältige Art und Weise abgewandelt bzw. modifiziert werden, ohne vom Erfindungsgedanken abzuweichen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 202015100245 U1 [0002]
- DE 102017212600 A1 [0003]
