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Die Erfindung betrifft einen geschirmten elektrischen Stecker, ein Verfahren zu dessen Ausbildung sowie eine Elektronikbaugruppe umfassend den geschirmten elektrischen Stecker gemäß dem Oberbegriff der unabhängigen Ansprüche.
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Stand der Technik
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In verschiedenen Elektronikbereichen, insbesondere bei Fahrassistenzsystemen und beim autonomen Fahren, sind hohe Übertragungen von Kommunikationsdaten notwendig. Derartige Kommunikationsdaten können beispielsweise durch das Erfassen bestimmter Umweltparameter, beispielsweise mittels Sensoren und/oder Kameras, entstehen und/oder durch deren Verarbeitung und/oder Weiterleitung beispielsweise mittels eines Fahrzeugcomputers VCU (Vehicle Computer Unit) oder anderen Rechnereinheiten. Um eine hohe Datenübertragung zu gewährleisten sowie eine erforderliche EMV (Elektromagnetische Verträglichkeit) im Multi-Gig-Bereich (Highspeed-Datenübertragung, insbesondere Gigabit-Ethernet), ist eine Schirmung der bei diesen Datenraten verwendeten Leitungen und Stecksysteme notwendig. Auf dem Markt sind mehrere Stecksysteme für High-Speed Anwendungen bekannt. Als Schirmelemente kommen dabei beispielsweise Kupfer-Stanzbiegeteile zum Einsatz. Hierbei sind jedoch der Schirmqualität Grenzen gesetzt, da die damit realisierbaren Schirmungslösungen in den meisten Fällen fertigungs- und/oder konzeptbedingt noch verbleibende Öffnungen aufweisen. Ein alternatives Schirmungskonzept ist durch ein Druckgussgehäuse ermöglicht, allerdings weisen derartige Steckersysteme nur eine sehr eigeschränkte Anbindungsmöglichkeit an eine Leiterplatte auf.
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Offenbarung der Erfindung
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Vorteile
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, kostengünstige Stecksysteme für eine Datenübertragung im Gbit/s-Bereich mit sehr einfacher und flexibler Anschlussmöglichkeit an Schaltungsträgern zu ermöglichen.
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Diese Aufgabe wird durch einen geschirmten elektrischen Stecker, ein Verfahren zu dessen Ausbildung sowie eine Elektronikbaugruppe umfassend den geschirmten elektrischen Stecker gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst.
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Ausgegangen wird von einem geschirmten elektrischen Stecker umfassend ein Steckergehäuse und zumindest eine Datenleitung für eine Datenübertragung im Gbil/s-Bereich. Der Stecker bzw. die zumindest eine Datenleitung weist dabei zumindest eine Steckseite zur elektrischen Kontaktierung des Steckers mit einem Kontaktieranschluss eines komplementären Gegensteckers und eine Anschlussseite zur elektrischen Kontaktierung mit einer elektrischen und/oder elektronischen Schaltung auf. Die zumindest eine Datenleitung ist ferner zumindest zwischen ihrer Steckseite und ihrer Anschlussseite von einem metallischen Abschirmgehäuse vollumfänglich umschlossen, d.h. insbesondere radial umlaufend und über einen wesentlichen Längserstreckungsabschnitt der zumindest einer Datenleitung hinweg. Des Weiteren ist das Abschirmgehäuse als Druckgussteil ausgebildet, insbesondere aus Zink, einer Zinklegierung, aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung. Zusätzlich ist dann mit dem Abschirmgehäuse zumindest ein Formblechteil verbunden, an welchem zumindest ein Einpresspin als mechanisches Anschlusselement des Steckers ausgebildet ist. Vorteilhaft kann auf diese Weise eine sehr hohe Abschirmung der Datenleitung gewährleistet werden, wodurch eine hohe über die Datenleitung übertragbare Datenrate erreicht werden kann, beispielsweise mit mehr als 1 GBit/s, insbesondere mit mehr als 10 Gbit/s, bevorzugt mit mehr als 50 Gbit/s. Die elektromagnetische Abschirmung der zumindest einen Datenleitung wird insbesondere weiter verstärkt, sobald eine bereits zur Schirmung ausgebildete Wandung des Druckgussteils zusätzlich von zumindest einem Teilbereich, insbesondere einem Grundkörper des Formblechteils, an welchen der zumindest eine Einpresspin einteilig anschließt, überdeckt wird. Der Einpresspin ist derart ausgebildet, den Stecker unter Ausbildung eines Einpresskontaktes mit einem Substratträger der elektrischen Schaltung zu kontaktieren. Mittels Einpresstechnik lässt sich damit der Stecker sehr kostengünstig und flexibel für verschiedene Anwendungsfälle einsetzen. Der Einpresspin ist nämlich besonders vorteilhaft in seiner Ausführung bereits bei der Ausbildung mit dem Formblechteil anwendungsspezifisch anpassbar, insbesondere in seiner Formgestaltung und/oder Größe. Die Formgestaltung und/oder Größe lässt sich beispielsweise durch einen Prägevorgang definiert anpassen. Ebenso lässt sich durch die Auswahl einer definierten Blechstärke die Anpassung entsprechend variieren. Bevorzugt ist das Formblechteil als ein Laser- oder Stanzblech ausgebildet, beispielsweise aus Kupfer oder einer Kupferlegierung, wodurch die Herstellung sehr einfach und mit nahezu beliebiger Formkontur ausführbar ist. Die Verbindung des Formblechteils an das Abschirmgehäuse ist beispielsweise mittels eines Form- und/oder Kraftschlusses ausgebildet. Vorteilhaft lässt sich auf diese Weise das Formblechteil und/oder das Druckgussgehäuse in Hinblick auf einen Form- und Kraftschluss sehr einfach gestalten, um im Betrieb des Steckers dessen dauerhafte mechanische Verbindung mit einem Schaltungsträger sicherzustellen. Alternativ ist es für bestimmte Anwendungssituationen auch möglich, den Stecker ohne den Einpresspin und/oder ohne das Formblechteil auszubilden. In diesen Fällen weist das Abschirmgehäuse bzw. das Druckgussteil beispielsweise eine lötfähige Kontaktierungsfläche auf, welche derart ausgebildet ist, den Stecker mit einem Schaltungsträger mittels eines Lotkontaktes zu verbinden. Ist noch ein Formblechteil ohne den Einpresspin mit dem Abschirmgehäuse verbunden, kann alternativ zu gleichem Zweck das Formblechteil ein Lotanschlusselement aufweisen und/oder das Formblechteil lediglich zur Überdeckung von Öffnungen im Abschirmgehäuse dienen. Insgesamt ist demnach ein sehr flexibler Einsatz des Steckers ermöglicht in Hinblick auf eine frei definierbare Anbindung an einen Schaltungsträger mittels Einpresstechnik oder alternativ mittels Löttechnik.
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Grundsätzlich ist das Abschirmgehäuse innerhalb des Steckergehäuses des Steckers angeordnet. Das Steckergehäuse ist insbesondere aus einem elektrisch isolierenden Material gebildet und beispielsweise als ein Kunststoffspritzgussteil ausgeführt. Ferner weist das Steckergehäuse einen Aufnahmebereich auf, in welchem das Abschirmgehäuse bevorzugt ortsfest montiert ist. Der Aufnahmebereich ist dabei beispielsweise als Aufnahmeöffnung ausgebildet, welche das Abschirmgehäuse zumindest über einen Längsabschnitt, beispielsweise auf der Steckseite, umfänglich umgreift. Bevorzugt ist im Aufnahmebereich eine Rastverbindung mit dem Abschirmgehäuse ausgebildet, insbesondere durch entsprechende miteinander einwirkende komplementäre Rastelemente. Beispielsweise weist das Abschirmgehäuse innerhalb des aufgenommenen Längsabschnitts eine Rastnase als das eine Rastelement auf. Daneben weist der Aufnahmebereich im Steckergehäuse ein komplementäres Rastelement auf, beispielsweise eine nachgiebige Rastfeder, welche die Rastnase haltend hintergreift.
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Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des erfindungsgemäßen Steckers möglich.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung des Steckers ist die zumindest eine Datenleitung in einem Isolierkörper aufgenommen. Dieser ist beispielsweise als ein Kunststoffspritzgussteil ausgeführt. Bevorzugt ist die Datenleitung hierbei von einer Polymermasse des Spritzgussteiles umspritzt. Alternativ ist die Datenleitung zumindest mittelbar innerhalb des Isolierkörpers mechanisch fest gehalten, beispielsweise durch eine Rastverbindung. Der Isolierkörper ist ferner innerhalb des Abschirmgehäuses angeordnet, so dass die aufgenommene zumindest eine Datenleitung elektrisch von dem Abschirmgehäuse getrennt ist. Zum Einbringen des Isolierkörpers weist das Abschirmgehäuse eine Aufnahmeöffnung auf. Diese Aufnahmeöffnung kann beispielsweise die Zugangsöffnung für die Datenleitung auf der Steckseite und/oder auf der Anschlussseite sein. Dies bietet sich insbesondere bei Steckern an, bei welchen die Datenleitung/Datenleitungen innerhalb des Abschirmgehäuses ausschließlich geradlinig verlaufen. Dagegen weist bei gewinkelten Steckern, also bei Steckern, bei welchen die Steckseite und die Anschlussseite in einem Winkel zueinander angeordnet sind, das Abschirmgehäuse neben den genannten Zugangsöffnungen eine weitere Öffnung als die Aufnahmeöffnung auf. Durch die Aufnahmeöffnung fehlt jedoch eine radial zu der zumindest einen Datenleitung verlaufender und für die Abschirmung erforderliche Wandungsabschnitt des Abschirmgehäuses. In diesen Fällen ist die Aufnahmeöffnung für den Isolierkörper dann von dem zumindest einen Formblechteil derart überdeckt, dass eine Abschirmwirkung des Abschirmgehäuses erhalten bleibt. Bevorzugt erfolgt eine verlustfreie Abschirmung, d.h. es zeigt sich eine Abschirmwirkung, die im Wesentlichen der Abschirmung durch ein Druckgussteil als dem Abschirmgehäuse entspricht, welches keine derartige radial angeordnete Aufnahmeöffnung aufweist.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Steckers ist das Formblechteil mittels zumindest einer Rastverbindung mit dem Abschirmgehäuse verbunden. Hierbei weisen das Formblechteil und das Abschirmgehäuse zumindest ein Paar zueinander korrespondierender Rastelemente auf. Ein Rastelement ist dabei insbesondere als ein abstehender Vorsprung ausgebildet, beispielsweise in Form einer Rastnase. Das korrespondierende Rastelement ist insbesondere eine Ausnehmung, beispielsweise eine Vertiefung oder Öffnung, in welche der Vorsprung bzw. die Rastnase rastend eingreift. Bevorzugt ist zumindest eines der Rastelemente elastisch nachgiebig ausgebildet, um einen Rasthürde schadfrei zu überwinden.
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Eine günstige Ausführungsform des Steckers zeigt sich ferner darin, dass das Abschirmgehäuse einen Aufnahmebereich für das Formblechteil aufweist, wobei der Aufnahmebereich zumindest eine Aufnahmenut umfasst, in welche das Formblechteil eingeschoben aufgenommen ist. Durch die Aufnahmenut ist das Formblechteil bis zur Anordnung in einer Endmontagestellung geführt. Die Endmontagestellung ist beispielsweise durch einen Anschlag am Formblechteil und/oder am Abschirmgehäuse festgelegt. Zusätzlich kann es durch die Aufnahmenut in seiner Position gehalten werden, zumindest in jenen Raumrichtungen, die durch den Eingriff des Formbleches in der Aufnahmenut in Hinblick auf eine Lageveränderung begrenzt sind. Besonders vorteilhaft ist, wenn der Aufnahmebereich eines der zuvor genannten Rastelemente aufweist, so dass die Rastverbindung idealerweise nach einem Einschieben des Formblechteils in die Aufnahmenut spätestens in der Endmontagestellung ausgebildet ist. Bevorzugt liegt das Formblechteil flächeneben auf einer Auflagefläche des Aufnahmebereichs auf. Die Auflagefläche läuft weiter bevorzugt eben in die Nut über. Zusammen mit einer möglichst toleranzengen Auslegung des Eingreifens des Formblechteils in die Aufnahmenut ist insgesamt eine satte Auflage und eine im Wesentlichen ortsfeste Anordnung zusammen mit dem Abschirmgehäuse sichergestellt.
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Große Vorteile ergeben sich ebenfalls bei einer Ausführungsform des Steckers, bei welcher das Formblechteil als Blechbiegeteil mit mindestens zwei zueinander gebogenen Blechbereichen ausgebildet ist. Zum einen können dann zumindest zwei Einpresspins an jeweils unterschiedlichen Blechbereichen ausgebildet sein. Auf diese Weise weist der Stecker mechanische Anschlusselemente auf, die im Betrieb des Steckers, beispielsweise in Verbindung mit einem Schaltungsträger, Kräfte aus verschiedenen Raumrichtungen optimal abstützen können, wie beispielsweise Montagekräfte und/oder Steckkräfte durch einen Gegenstecker. Zusätzlich oder alternativ kann zumindest einer der Blechbereiche derart in eine Anordnungsebene gebogen sein, dass durch diesen eine Öffnung im Abschirmgehäuse, beispielsweise die Aufnahmeöffnung für den Isolierkörper, EMV abschirmend überdeckt ist. Dieser Blechbereich kann auch ohne einen anschließenden Einpresspin ausgebildet sein.
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In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform des Steckers weist das Formblechteil drei sich anschließende gebogene Blechbereiche auf, welche das Abschirmgehäuse so umgreifen, dass die zwei äußeren Blechbereiche insbesondere parallel zueinander angeordnet sind. Dadurch können auf sehr einfache Weise mehrere Einpresspins auf gegenüberliegenden Seiten des Abschirmgehäuses bzw. Steckhälften als Anschlusselement wirksam sein. Damit können auftretende Kräfte beispielsweise symmetrisch verteilt aufgenommen werden. Zusätzlich ist es möglich, dass der zwischen den äußeren Blechbereichen befindliche mittlere Blechbereich eine Öffnung im Abschirmgehäuse vollständig überdeckt, insbesondere die Aufnahmeöffnung für den Isolierkörper. Insgesamt erfüllt das Formblechteil daher für derartige Anwendung zum einen die Funktion, den Stecker mittels flexibel definierbaren Einpresspins verbindbar zu machen. Zusätzlich ist eine aktive Abschirmfunktion gegeben.
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Grundsätzlich können durch mehrere Einpresspins unterschiedlichste Einpressschemen abgebildet werden. Dabei können zur Abbildung eines Einpressschemas alle Einpresspins an nur einem Formblechteil ausgebildet sein. Ferner können mehrere Formblechteile das Einpressschema abbilden, die dann jeweils oder zumindest jeweils einen Einpresspin aufweisen. Das Einpressschema stellt die örtliche Übereinstimmung bzw. die überdeckende Zuordnung aller Einpresspins zu korrespondierenden Einpressöffnungen beispielsweise in einem Schaltungsträger klar, so dass mittels einer Krafteinpressung in Richtung einer Einpressachse der Einpresspins ein jeweiliger Einpresskontakt über alle Einpressöffnungen hinweg ausbildbar ist. Hierbei können mehrere Einpresspins innerhalb einer Blechebene in Reihe angeordnet sein, wobei nächstbenachbarte Einpresspins fortlaufend jeweils in einem Abstand eines Anschlussrastermaßes angeordnet sind. Allgemein ergeben sich Vorteile, wenn das Abschirmgehäuse im Bereich der Anschlussseite der Datenleitung eine Mittenebene aufweist, welche parallel ausgerichtet ist zu einer Steckachse der Steckseite der Datenleitung und durch die Mittenebene zwei Seitenhälften des Abschirmgehäuses ausgebildet sind, wobei auf einer Seitenhälfte mindesten zwei Einpresspins und/oder auf jeweils einer Seitenhälfte zumindest ein Einpresspin zumindest eines Formblechteiles ausgebildet sind. Beispielsweise sind zumindest jeweils zwei Einpresspins auf jeweils unterschiedlichen Seitenhälften in einer gemeinsamen Einpressebene senkrecht zur Mittenebene angeordnet. Zusätzlich oder alternativ sind zumindest jeweils zwei nächstbenachbarte Einpresspins auf jeweils einer gleichen Seitenhälfte in einer gemeinsamen Einpressebene parallel zur Mittenebene angeordnet. Bevorzugt sind ausschließlich gegenüberliegende Paare an Einpresspins ausgebildet, insbesondere in Summe 2+2*n Einpresspins, wobei n eine natürliche Zahl >=1 ist. Weiter bevorzugt ist die Einpressebene derartiger Paare dann parallel oder senkrecht zur Mittelebene orientiert. Insgesamt kann auf diese Weise ein Stecker ausgebildet sein, der für unterschiedliche Anwendungen sehr hohe Kräfte und Momente schad- und störungsfrei aufnehmen kann.
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Eine besondere Ausführungsform des Steckers zeigt sich darin, dass die zumindest eine Datenleitung als Steckerpin aus einem Blechmaterial ausgebildet ist, insbesondere als Stanzblechteil oder Laserblechteil, beispielsweise aus Kupfer oder einer Kupferlegierung. Dabei ist der Steckerpin auf der Anschlussseite bevorzugt als Einpresspin oder als Lotpin ausgebildet. Insgesamt können somit weiterhin bekannte und kostengünstige Fertigungsverfahren für die Ausbildung des Steckers zur Anwendung kommen. In Form eines Einpresspins umfasst der Stecker demnach ein weiteres mechanisches Anschlusselement, was die Befestigungswirkung für den Stecker weiter erhöht.
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Grundsätzlich ist es günstig, eine Ausführungsform des Steckers vorzusehen, bei welcher der zumindest eine Einpresspin des mit dem Abschirmgehäuse verbundenen Formblechteils, insbesondere alle Einpresspins aller Formblechteile, im Bereich der Anschlussseite der geschirmten Datenleitung angeordnet sind. Damit kann insbesondere die Datenleitung im Bereich der Anschlussseite vor Zerrüttung und einer Verbindungslösung mit einer kontaktierten elektrischen und/oder elektronischen Schaltung geschützt werden. Bevorzugt sind hierfür die Einpresspins aller Formblechteile auf der Anschlussseite räumlich weiter außen angeordnet als die zumindest eine Datenleitung. Weiter bevorzugt schließen die Einpresspins die zumindest eine Datenleitung zwischen sich innenliegend ein.
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Eine Weiterbildung sieht vor, dass die Einpresspins aller Formblechteile und/oder Einpresspins aller Datenleitungen parallel zueinander verlaufende Einpressachsen aufweisen. Auf diese Weise sind vorteilhaft mit einem Einpressvorgang alle Einpresskontakte ausbildbar.
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Grundsätzlich können das Abschirmgehäuse, die damit geschirmte zumindest eine Datenleitung, der die zumindest eine Datenleitung aufnehmende Isolierkörper und das mit dem Abschirmgehäuse verbundene Formblechteil als eine Steckervormontagegruppe ausgebildet sein. Ein Stecker kann dann zumindest eine oder mehrere derartige Steckervormontagegruppe innerhalb des Steckergehäuses angeordnet aufweisen. Bei mehreren enthaltenen Steckervormontagegruppen können ausschließlich gleich ausgeführte Steckervormontagegruppen enthalten sein. Alternativ können sich auch zumindest zwei Steckervormontagegruppen zueinander unterscheiden, beispielsweise durch die Anzahl der geschirmten Datenleitungen und/oder durch die zuvor bereits beschriebenen unterschiedlichen Ausführungsformen des jeweils dann vorzusehenden Formblechteils. Zusätzlich können unabhängig von der Anzahl enthaltener Steckervormontagegruppen und/oder deren jeweiligen Ausführungsform zumindest eine Datenleitung innerhalb des Steckergehäuses enthalten sein, die keine Abschirmung aufweist und/oder zumindest Teil einer Baugruppe ist, die zumindest ein Bestandselement der beschriebenen Steckervormontagegruppe nicht aufweist. Eine mögliche Steckervormontagegruppe weist beispielsweise nur eine geschirmte Datenleitung auf, insbesondere unter Bereitstellung eines LVDS-Anschlusses des Steckers (Low Voltage Differential Signaling). Eine andere mögliche Steckervormontagegruppe weist beispielsweise genau zwei Datenleitungen auf, insbesondere unter Ausbildung eines Ethernet-Anschlusses des Steckers. Eine wiederrum andere mögliche Steckervormontagegruppe weist mehr als zwei Datenleitungen auf, insbesondere unter Ausbildung eines PCIe-Anschlusses des Steckers (Peripheral Component Interconnect Express).
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Die Erfindung führt auch zu einer elektronischen Baugruppe. Diese umfasst zumindest einen geschirmten Stecker in zumindest einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen. Ferner umfasst die elektronische Baugruppe zumindest einen Schaltungsträger, auf welchem eine elektronische Schaltung ausgebildet ist, welche mit der zumindest einen Datenleitung des Steckers elektrisch kontaktiert ist. Der Schaltungsträger weist zumindest eine Einpressöffnung auf, welche unter Ausbildung eines Einpresskontaktes mit dem zumindest einen Einpresspin des zumindest eines Formblechteiles verbunden ist. Eine solche elektronische Baugruppe ist für Anwendungen geeignet, bei welchen über einen Stecker Datenübertragungen im Gbit/s-Bereich erfolgen, beispielsweise mit mehr als 1 Gbit/s, insbesondere mit mehr als 10 Gbit/s, bevorzugt mit mehr als 50 Gbit/s.
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Die Erfindung führt ferner auch zu einem Verfahren zur Ausbildung eines geschirmten elektrischen Steckers nach zumindest einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen, mit den Verfahrensschritten:
- Bereitstellen des Isolierkörpers, in welchem die zumindest eine Datenleitung, beispielsweise in Form eines Steckerpins, aufgenommen ist, insbesondere durch Umspritzen mit einer Polymermasse,
- Einführen und Anordnen des Isolierkörpers innerhalb des Abschirmgehäuses durch ne Aufnahmeöffnung im Abschirmgehäuse hindurch, wodurch das eine Ende der Da tenleitung die Steckseite und das andere Ende der Datenleitung die Anschlussseite des Steckers definiert,
- Anordnen des Formblechteils in dem Aufnahmebereich des Abschirmgehäuses, wobei das Formblechteil in einer definierten Endmontagestellung mit dem Abschirmgehäus insbesondere mittels eines Formschlusses, unter Ausbildung einer Steckervormonta gegruppe verbunden wird, wodurch mittels des zumindest eines Einpresspins des zu mindest eines Formblechteiles ein mechanisches Anschlusselement des Steckers ausgebildet wird,
- Anordnen zumindest einer Steckervormontagegruppe innerhalb eines Steckergehäuses.
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Je nach Anwendung kann der Stecker vorteilhaft entsprechend angepasst werden, so dass anwendungspezifische Steckervarianten entstehen. Dies erfolgt beispielsweise im Verfahrensschritt c), indem innerhalb einer Steckervormontagegruppe die Anzahl der geschirmten Datenleitung verändert wird und/oder das Formblechteil und/oder zumindest einer der Einpresspins in seiner Anzahl, Formkonturgestaltung, Anordnung und Größe verändert wird. Dadurch kann eine Unterscheidung zwischen zumindest zwei ausbildbaren Steckervarianten erwirkt werden und eine bestimmte Variante des Steckers für ein definiertes Anschlussschema angepasst werden.
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Bei einer vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens wird das zumindest eine Formblechteil im Verfahrensschritt c) in eine Aufnahmenut des Abschirmgehäuses aufnehmend eingeschoben. Mit dem Einschieben wird dann eine Rastverbindung als Formschluss zwischen dem Formblechteil und dem Abschirmgehäuse bis in der Endmontagestellung ausgebildet.
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Das Verfahren wird bevorzugt dadurch weitergebildet, dass in der Endmontagestellung des zumindest eines Formblechteiles die Aufnahmeöffnung im Abschirmgehäuse derart überdeckt wird, dass eine Abschirmwirkung des Abschirmgehäuses erhalten bleibt.
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Figurenliste
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung. Diese zeigt in:
- 1: eine perspektivische Explosionsdarstellung einer Steckervormontagegruppe für einen geschirmten elektrischen Stecker,
- 2a: einen bereitgestellten Isolationskörper vor der Ausbildung einer Steckervormontagegruppe in einer perspektivischen Darstellung,
- 2b: einen Isolationskörper mit aufgenommenen Datenleitung,
- 2c: eine Zwischenmontage in einer perspektivischen Darstellung, bei welcher ein Isolationskörper durch eine Aufnahmeöffnung hindurch innerhalb eines Abschirmungsgehäuses angeordnet wird,
- 2d: eine elektronische Baugruppe umfassend einen Stecker in einer perspektivischen Darstellung,
- 3a einen Stecker mit mehreren enthaltenen Steckervormontagegruppen in einer perspektivischen Darstellung,
- 3b eine Zwischenmontage eines Steckergehäuse mit einer ortsfest montierten Steckervormontagegruppe in einer perspektivischen Darstellung,
- 3c die in 3b dargestellte Zwischenmontage nun in einer seitlichen Schnittdarstellung.
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Ausführungsformen der Erfindung
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In den Figuren sind funktional gleiche Bauelemente jeweils mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
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Die 1 zeigt eine perspektivische Explosionsdarstellung einer Steckervormontagegruppe 110 für einen geschirmten elektrischen Stecker 100. Die Steckervormontagegruppe 110 ist auch in der 2d als Teil eines Steckers 100 dargestellt, dort dann mittels ausgebildeten Einpresskontakten 54 in fester Verbindung mit einem Schaltungsträger 50. Die Steckervormontagegruppe 110 umfasst zumindest einen Isolationskörper 10, zumindest eine Datenleitung 20 für eine Datenübertragung im Gbit/s-Bereich, ein Abschirmgehäuse 30 und ein Formblechteil 40 mit mechanischen Anschlusselementen 41 des Steckers 100, um diesen mit dem Schaltungsträger 50 fest zu verbinden.
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Zur Ausbildung der Steckervormontagegruppe 110 bzw. des Steckers 100 wird zu Beginn der Isolationskörper 10 bereitgestellt (siehe 2a). Der Isolationskörper 10 ist beispielsweise ein Spritzgussteil aus einem spritzbaren, elektrisch isolierenden Polymerwerkstoff. In diesen Isolationskörper 10 wird zumindest eine Datenleitung 20 aufnehmend eingebracht. Die 2b zeigt in einer perspektivischen Darstellung beispielsweise einen Isolationskörper 10 mit zwei aufgenommenen Datenleitungen 20. Grundsätzlich kann auch eine oder können mehr als zwei Datenleitungen 20 aufgenommen sein, welche dann insbesondere zumindest als eine Reihenanordnung von in einem Rastabstandsmaß benachbarten Datenleitung 20 vorliegen. Es können auch mehrere übereinander befindliche derartige Reihenanordnungen von Datenleitungen 20 ausgebildet sein. Auf diese Weise ist ein mehrpoliger Stecker 100 ausbildbar mit einem insbesondere matrixförmigen Steckanschlussschema. Die Datenleitung 20 ist beispielsweise ein Stanzblechteil oder ein Laserblechteil, beispielsweise aus Kupfer oder einer Kupferlegierung - nachfolgend Steckerpin 20 genannt. Der Steckerpin 20 weist verschiedene funktionale Abschnitte auf, die insbesondere für eine Steckseite S und eine Anschlussseite A der Datenleitung 20 bzw. des Steckers 100 relevant sind. Des Weiteren können in diesem abschnittsweise Verankerungsstrukturen 22 ausgebildet sein, die eine Verankerung bzw. ein Verrasten des Steckerpins 20 innerhalb des Isolationskörpers 10 bewirken. Hierfür kann der Steckerpin 20 durch eine entsprechende Öffnung 11 innerhalb des Isolationskörpers 10 eingeschoben werden, so dass die Verankerungsstruktur 22 plastisch in den Polymerwerkstoff eindringt. Dies kann auch bevorzugt mit einem an für sich bekannten Einstich-Verfahren erfolgen, bei welchem der Steckerpin 20 durch einen bevorzugt ausgehärteten Polymerwerkstoff hindurchgestochen wird. Alternativ erfolgt ein Umspritzen des Steckerpins 20 als Einlegeteil zeitgleich mit dem Ausbilden des Isolationskörpers 10 als Spritzgussteil. Der Steckerpin 20 ist in diesem Ausführungsbeispiel in einem Abschnitt gebogen, da er für einen gewinkelten Stecker 100 vorgesehen ist. Hierbei ist eine Steckseite S und eine Anschlussseite A in einem Winkel zueinander angeordnet. Grundsätzlich kann der Steckerpin 20 auch ausschließlich geradlinig vorgesehen sein, um einen Stecker 100 auszubilden, bei welchem die Steckseite S und die Anschlussseite A in einer gleichen Achse angeordnet sind (nicht dargestellt).
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Gemäß der 2c wird der so bereitgestellte Isolationskörper 10 mit dem zumindest einen aufgenommenen Steckerpin 20 anschließend innerhalb des Abschirmgehäuses 30 angeordnet. Das Abschirmgehäuse 30 ist als ein Druckgussteil ausgebildet, beispielsweise aus Zink, einer Zinklegierung, aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, und weist eine sehr gute Abschirmwirkung für elektromagnetische Strahlung auf. Für einen gewinkelten Stecker 100 weist das Abschirmgehäuse 30 eine Aufnahmeöffnung 35 auf, beispielsweise im Knickbereich K zwischen der Steckseite S und der Anschlussseite A. Je nach Ausführung des Steckers 100 kann die Aufnahmeöffnung 35 auch in einem anderen Bereich des Abschirmgehäuses 30 angeordnet sein, jedoch immer derart, dass der Isolationskörper 10 durch die Aufnahmeöffnung 35 hindurch eingeführt und in einer Montageendstellung angeordnet wird. Die Montageendstellung kann beispielsweise durch Anschläge im Isolierkörper 10 und/oder im Abschirmgehäuse 30 festgelegt sein. Dabei zeigt das eine Ende des Steckerpins 20 zur Steckseite S und das andere Ende des Steckerpins 20 zur Anschlussseite A. Der Steckerpin 20 ist mittels des Isolationskörpers 10 elektrisch von dem Abschirmgehäuse 30 getrennt. Ferner ist der Steckerpin 20 mit Ausnahme des Bereichs um die Aufnahmeöffnung 35 zwischen der Steckseite S und der Anschlussseite A radial von dem Abschirmgehäuse 30 umschlossen. Grundsätzlich ist zu diesem Montagezeitpunkt eine Abschirmwirkung des Abschirmgehäuses 30 durch die AufnahmeÖffnung 35 noch nicht vollständig hergestellt.
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In einem weiteren Verfahrensschritt wird anschließend die Steckervormontagegruppe 110 endmontiert. Die in 1 gezeigte Steckervormontagegruppe 110 ist als Teil eines endmontierten Steckers 100 in der 2d perspektivisch dargestellt. Hierfür wird das Formblechteil 40 in einem Aufnahmebereich 31 des Abschirmgehäuses 30 angeordnet und mit diesem fest verbunden. Dies kann beispielsweise durch einen Kraft- und/oder Formschluss erfolgen. Alternativ ist auch ein Stoffschluss denkbar, beispielsweise durch ein Verlöten oder ein Verkleben. Das Formblechteil 40 weist mindestens einen Blechbereich 42 auf, an dem einstückig anschließend zumindest ein Einpresspin 41 ausgebildet ist, beispielsweise zwei Einpresspins 41. Der Einpresspin 41 ist bevorzugt durch einen Prägeprozess erhalten. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel weist das Formblechteil 40 drei sich anschließende Blechbereiche 42 auf. Durch die Umbiegungen ist eine U-Anordnung ausgeführt, bei welcher zwei äußere Blechbereiche 42 sich dann parallel und mit jeweils zwei Einpresspins 20 gegenüberstehen. Jedem der beiden äußeren Blechbereiche 42 ist jeweils ein Aufnahmebereich 31 zugeordnet. Jeder dieser Aufnahmebereiche 31 weist wiederrum zwei gegenüberliegende zugewandte Aufnahmenuten 31a, 32b auf, in welche freiliegende Kantenbereiche eines jeweiligen äußeren Blechbereichs 42 eingeschoben werden. Das Einschieben erfolgt beispielsweise von der Anschlussseite A her und zwar bevorzugt synchron für beide äußere Blechbereiche 41. Eine Endmontagestellung ist dadurch festgelegt, dass beim Einschieben entsprechende im jeweiligen Blechbereich 42 ausgeformte Anschlagschultern 43 an ein Nutende oder an einen im Abschirmgehäuse 30 angeordneten Anschlag stoßen. Ferner wird mit dem Einschieben eine Rastverbindung 60 als der Formschluss zwischen dem Formblechteil 40 und dem Abschirmgehäuse 30 noch bis zur Erreichung der Endmontagestellung ausgebildet. Hierfür weisen das Abschirmgehäuse 30 und das Formblechteil 40 entsprechende zueinander korrespondierende Rastelemente 33 auf, beispielsweise einen abstehenden Vorsprung und eine Ausnehmung, in welche der Vorsprung rastend eingreifen kann. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind zwischen den äußeren Blechbereichen 42 und den jeweils diesen zugewandten Aufnahmebereichen 31 derartige Rastverbindungen 60 ausgebildet.
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Hierfür weist der jeweilige Blechbereich 42 beispielsweise eine Lasche 34 auf, welche beim Einschieben zwischen den Aufnahmenuten 32a, 32b angeordnet ist und eine Öffnung als das eine Rastelement 33 aufweist. Das entsprechend dazu korrespondierende Rastelement 33 ist dann im jeweiligen Aufnahmebereich 31 in Form einer im Abschirmgehäuse 30 mitausgeformten Rastnase ausgebildet.
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Der mittlere Blechabschnitt 42 des Formblechteils 40 ist über eine Schlitzung bereichsweise zu den äußeren Blechbereichen 42 abgesetzt. Beim Einschieben des Formblechteils 40 in die Aufnahmenuten 32a, 32b wird der mittlere Blechbereich 42 über die Aufnahmeöffnung 35 des Abschirmgehäuses 30 geschoben. In der Endmontagestellung des Formblechteils 40 ist die Aufnahmeöffnung 35 vollständig von dem mittleren Blechbereich 42 überdeckt, so dass eine Abschirmwirkung des Abschirmgehäuses (30) dauerhaft erhalten wird. Das Abschirmgehäuse (30) weist eine Mittenebene M auf, welche jeweils senkrecht zu der Steckseite S und der Anschlussseite A orientiert ist. Durch diese sind zwei Seitenhälften H1, H2 des Abschirmgehäuses 30 festgelegt. Auf jeder Seitenhälfte H1, H2 sind entsprechende Einpresspins 41 insbesondere gegenüberliegend angeordnet. Die Einpresspins 41 weisen jeweils eine Einpressachse EA auf, welche senkrecht zur Anschlussseite A und/oder parallel zur Mittenebene M orientiert ist. Die Steckachse SA zur Kontaktierung des Steckers 100 mit einem Gegensteckers 80 liegt beispielsweise in der Mittenebene M. Eine solche Ausführung könnte grundsätzlich auch durch mehrere separate Formblechteile 40 ausgeführt werden. Diese entsprechen dann den zuvor beschriebenen Blechbereichen 42, jedoch ohne eine Verbindung untereinander.
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Die 2d zeigt auch eine elektrische Baugruppe 200 umfassend einen Stecker 100. Der Stecker 100 weist dabei ein Steckergehäuse 101 mit zumindest einer innerhalb des Steckergehäuses 101 angeordneten Steckervormontagegruppe 110 auf. Zur besseren Sichtbarkeit der Steckervormontagegruppe 110 ist das Steckergehäuse 101 nur schematisch mit einer gestrichelten Linie gezeigt. Neben der dargestellten einen Steckervormontagegruppe 110 kann der Stecker 100 auch weitere gleiche und/oder zumindest eine weitere in ihrer Ausführung gegenüber der gezeigten Steckervormontagegruppe 110 abweichende Steckervormontagegruppe 110 enthalten. Der Stecker 100 ist ferner fest mit einem Schaltungsträger 50 verbunden. Auf dem Schaltungsträger 50 ist eine elektronische Schaltung 55 ausgebildet, bei welcher beispielsweise unterschiedliche elektrische und/oder elektronische Bauelemente 70 mittels einer elektrischen Leiterstruktur 56 miteinander kontaktiert sind. In einem Verbindungsbereich des Schaltungsträgers 50 mit dem Stecker 100 sind entsprechend einem Anschlussschemas zu den Einpresspins 41 korrespondierende Einpressöffnungen 51 angeordnet. Die feste Verbindung des Steckers 100 mit dem Schaltungsträger 50 erfolgt mittels eines Einpresskontaktes. Hierbei wird durch eine Einpresskraft F in Richtung der Einpressachsen der Einpresspins 41 diese in die Einpressöffnungen 51 unter Ausbildung eines jeweiligen Einpresskontaktes 54 eingebracht. In diesem Ausführungsbeispiel werden mit dem Einpressvorgang auch die beiden Steckerpins 20 mittels der dann ausgebildeten Einpresskontakte mit der elektrischen Schaltung 55 kontaktiert. Das jeweilige Ende der Steckerpins 20 auf der Anschlussseite A ist nämlich als Einpresspin 21 ausgebildet. Entsprechend weist auch der Schaltungsträger 50 entsprechende Einpressöffnungen 51 für diese Einpresspins 21 auf. Alternativ zum Einpresspin 21 könnte der Steckerpin 20 an dieser Stelle als Lotpin ausgebildet werden, welcher nach der festen Verbindung des Steckers 100 mittels eines Lötvorganges mit der elektrischen Schaltung 55 elektrisch kontaktiert wird. Grundsätzlich ist die elektrische Schaltung nun über einen zum Stecker 100 komplementären Gegenstecker 80 mit beispielsweise anderen Elektronikeinheiten verbindbar. Hierbei kontaktieren entsprechende Kontaktieranschlüsse des Gegensteckers 80 mit der Steckseite S des jeweiligen Steckerpins 20. Aufgrund der beschriebenen Ausführung des Steckers 100 können hierbei über die Steckerverbindung Datenraten mit mehr als 1 Gbit/s, insbesondere mit mehr als 10 Gbit/s, bevorzugt mit mehr als 50 Gbit/s übertragen werden.
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In der 3a ist beispielhaft eine mögliche Variante eines Steckers 100 in einer perspektivischen Darstellung gezeigt. Hierbei sind insgesamt vier Steckervormontagegruppen 110, 110.1, 110.2 innerhalb des Steckergehäuses 101 angeordnet. Drei der Steckervormontagegruppen 110, 110.1 sind dabei identisch ausgeführt. Sie weisen beispielsweise jeweils nur eine geschirmte Datenleitung 20 auf, beispielsweise als ein LVDS-Anschluss des Steckers 100 (Low Voltage Differential Signaling). Davon weicht die weitere Steckervormontagegruppe 110, 110.2 in ihrer Ausführung ab. Diese weist beispielsweise zwei geschirmte Datenleitungen 20 auf, beispielsweise als ein Ethernet-Anschluss des Steckers 100. Darüber hinaus weist der Stecker 100 noch weitere Datenleitungen 20 innerhalb einer anderen Baugruppe 110' auf, welche zumindest eine der Bestandteile der Steckervormontagegruppe 110 nicht enthält, beispielsweise das Abschirmgehäuse 30 und/oder das Formblechteil 40. Grundsätzlich sind auch andere Steckervarianten denkbar, wie Sie bereits weiter vorne in der Beschreibung beschrieben wurden.
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In der 3b ist ein Zwischenmontagezustand eines Steckers 100 von einer der Steckseite S gegenüberliegenden Seite in einer perspektivischen Darstellung gezeigt. Der hier ausbildbare Stecker 100 ist zu dem in 3a dargestellten endmontierten Stecker 100 ähnlich. Im Steckergehäuses 101 ist dabei bereits eine Steckervormontagegruppe 110, 110.1 ortsfest montiert. Hierbei ist die Vormontagegruppe 110, 110.1 beispielsweise über einen Längsabschnitt des enthaltenen Abschirmgehäuses 30 in einer Aufnahmeöffnung 102 des Steckergehäuses 101 umfänglich umgreifend aufgenommen. In den noch weiteren dargestellten Aufnahmeöffnungen 102 können gleich ausgeführte oder anders ausgeführte Steckervormontagegruppen 110, 110.1, 110.2 ortsfest montiert werden. Eine ortsfeste Montagestellung wird beispielsweise durch eine Rastverbindung 105 zwischen der Steckervormontagegruppe 110, 110.1, 110.2 und dem Steckergehäuse 101 erreicht. Die Rastverbindung 105 wird dabei ausgebildet durch entsprechend zusammenwirkende korrespondierende Rastelemente 105.1, 105.2.
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In der 3c ist eine beispielhafte Ausführung einer Rastverbindung 105 in einer Seitenschnittdarstellung des in 3b in einem Zwischenmontagezustand dargestellten Steckers 100 gezeigt. Hierbei weist der in der Aufnahmeöffnung 102 aufgenommene Längsabschnitt des Abschirmgehäuses 30 eine abstehende Rastnase 105.2 auf. Diese wird in einer Einführendstellung innerhalb der Aufnahmeöffnung 102 von einer nachgiebigen Rastfeder 105.1 haltend hintergriffen. Die Rastfeder 105.1 ist dabei beispielsweise innerhalb der Aufnahmeöffnung 102 im Steckergehäuse 101 mit ausgebildet. Die Rastverbindung 105 kann natürlich örtlich auch an einer anderen Stelle und/oder in einer anderen Ausgestaltung ausgebildet sein.