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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft einen Steckverbinder für ein zwei- oder mehradriges Kabel, also für ein Kabel mit mindestens zwei Adern, insbesondere ein Kabel mit mindestens einem Adernpaar für eine differentielle Datenübertragung, insbesondere ein Twisted-Pair Kabel. Ferner betrifft die Erfindung ein entsprechendes Verfahren zum Konfektionieren eines derartigen Kabels mit einem solchen Steckverbinder.
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Stand der Technik
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Die vorliegende Erfindung wird hauptsächlich in Bezug auf Twisted-Pair Kabeln zur Datenübertragung beschrieben. Es versteht sich, dass die vorliegende Erfindung dennoch mit jeder Art von zweiadrigen Leitungen eingesetzt werden kann.
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In modernen technischen Anwendungen, wie z.B. in Fahrzeugen, wird heute üblicherweise eine Vielzahl elektrischer Einheiten verbaut. Solche elektronischen Einheiten unterstützen den Fahrer beim Führen des Fahrzeugs oder nehmen dem Fahren das Führen des Fahrzeugs zumindest in bestimmten Situationen vollständig ab.
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Die Bereitstellung solcher Funktionen in einem Fahrzeug setzt voraus, dass eine Vielzahl von Sensordaten verarbeitet werden können und unterschiedliche Fahrzeugsysteme effektiv miteinander kommunizieren können. Die notwendigen Datenraten im Gbit-Bereich erfordern eine effiziente und qualitativ hochwertige Verkabelung im Fahrzeug, die eine Kommunikation mit möglichst geringen Fehlerraten ermöglicht.
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Insbesondere die Steckverbinder stellen bei solchen Fahrzeugbordnetzen üblicherweise Hochfrequenzstörstellen dar, welche es aber zu vermeiden gilt.
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Beschreibung der Erfindung
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Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen optimierten Steckverbinder für hochfrequente Signalübertragungen bereitzustellen.
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Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und den begleitenden Figuren angegeben. Insbesondere können die unabhängigen Ansprüche einer Anspruchskategorie auch analog zu den abhängigen Ansprüchen einer anderen Anspruchskategorie weitergebildet sein.
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Die vorliegende Erfindung offenbart:
- Einen Steckverbinder für ein zweiadriges Kabel mit einer ersten Ader und einer zweiten Ader, welche neben der ersten Ader liegend in dem Kabel angeordnet ist. Der Steckverbinder weist einen männlichen Kontakt, welcher mit der ersten Ader koppelbar ist, und zumindest in einer Steckrichtung des Steckverbinders länglich ausgebildet ist, und einen weiblichen Kontakt auf, welcher mit der zweiten Ader koppelbar ist, und zumindest in der Steckrichtung des Steckverbinders länglich ausgebildet ist, wobei der weibliche Kontakt ausgebildet ist, einen männlichen Kontakt eines weiteren Steckverbinders aufzunehmen, und der männliche Kontakt ausgebildet ist, den weiblichen Kontakt des weiteren Steckverbinders zu kontaktieren. Ferner weist der Steckverbinder ein Trägerelement, welches ausgebildet ist, den männlichen Kontakt in einem ersten Aufnahmeraum und den weiblichen Kontakt in einem zweiten Aufnahmeraum jeweils in einem vorgegebenen Winkel zur Steckrichtung des Steckverbinders zu positionieren und aufzunehmen und den männlichen Kontakt und den weiblichen Kontakt elektrisch voneinander zu isolieren, und ein Schirmungselement auf, welches einen ersten Kanal zur Aufnahme der ersten Ader aufweist und einen zweiten Kanal zur Aufnahme der zweiten Ader aufweist, wobei der erste Kanal und der zweite Kanal das Schirmungselement jeweils von seinem entgegen der Steckrichtung liegenden Ende zu seinem in Steckrichtung liegenden Ende durchdringen, wobei das Schirmungselement ein elektrisch leitendes Material aufweist und wobei das Schirmungselement an dem entgegen der Steckrichtung liegenden Ende des Trägerelements angeordnet ist.
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Ferner offenbart die vorliegende Erfindung:
- Ein Verfahren zum Konfektionieren eines Kabels mit einem erfindungsgemäßen Steckverbinder, wobei das Kabel eine erste Ader und eine zweite Ader aufweist. Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf: Koppeln der ersten Ader mit einem männlichen Kontakt, welcher zumindest in einer Steckrichtung des Steckverbinders länglich ausgebildet ist, Koppeln der zweiten Ader mit einem weiblichen Kontakt, welcher zumindest in der Steckrichtung des Steckverbinders länglich ausgebildet ist, wobei der weibliche Kontakt ausgebildet ist, einen männlichen Kontakt eines weiteren Steckverbinders aufzunehmen, und der männliche Kontakt ausgebildet ist, den weiblichen Kontakt des weiteren Steckverbinders zu kontaktieren, Einbringen des männlichen Kontakts in einen ersten Aufnahmeraum eines Trägerelements, und Einbringen des weiblichen Kontakts in einen zweiten Aufnahmeraum des Trägerelements, wobei die Aufnahmeräume jeweils ausgebildet sind, den entsprechenden Kontakt in einem vorgegebenen Winkel zur Steckrichtung des Steckverbinders zu positionieren und aufzunehmen und den männlichen Kontakt und den weiblichen Kontakt elektrisch voneinander zu isolieren, und Umschließen der ersten Ader mit einem ersten Kanal eines Schirmungselements und Umschließen der zweiten Ader mit einem zweiten Kanal des Schirmungselements, wobei der erste Kanal und der zweite Kanal das Schirmungselement jeweils von seinem entgegen der Steckrichtung liegenden Ende zu seinem in Steckrichtung liegenden Ende durchdringen, wobei das Schirmungselement ein elektrisch leitendes Material aufweist und wobei das Schirmungselement an dem entgegen der Steckrichtung liegenden Ende des Trägerelements angeordnet ist.
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Die vorliegende Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass bei der Übertragung hochfrequenter Signale Störstellen im Signalpfad die Qualität der Signalübertragung negativ beeinflussen.
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Für die Übertragung hochfrequenter Signale werden üblicherweise differentielle Leitungen, auch Twisted-Pair Leitungen genannt, eingesetzt. Bei Twisted-Pair Leitungen werden jeweils zwei differentiell genutzte Adern miteinander verdrillt angeordnet, wodurch die Anfälligkeit des Aderpaares für externe Störungen minimiert wird.
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Störstellen treten in dem Signalpfad verstärkt in Steckverbindern auf, da hier z.B. Übergänge zwischen den Adern eines Kabels und dem jeweiligen Kontakt auftreten und die Führung der einzelnen Adern eines Kabels üblicherweise nicht exakt definiert werden kann. Insbesondere muss in Steckverbindern die Verdrillung eines Aderpaars gelöst werden und die einzelnen Adern müssen zu dem jeweiligen Kontakt geführt werden.
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Um die Störanfälligkeit von Signalpfaden für Hochfrequenzsignale zu reduzieren, sieht die vorliegende Erfindung den Steckverbinder vor. Der Steckverbinder dient der Kontaktierung eines Kabels mit zwei nebeneinander liegenden Adern. Unter „nebeneinander liegenden“ Adern ist zu verstehen, dass die Ummantelungen der einzelnen Adern sich berühren können. Es versteht sich, dass die zwei Adern miteinander verdrillt sein können, das Kabel also ein Twisted-Pair Kabel sein kann.
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Der Steckerverbinder weist einen männlichen und einen weiblichen Kontakt auf. Die Kontakte sind beide in Steckrichtung des Steckverbinders länglich und in einer Ausführung zu der Längsachse oder einer Ebene durch die Längsachse symmetrisch ausgebildet. Die Steckrichtung des Steckverbinders kann auch als Haupterstreckungsrichtung des Steckverbinders und die entsprechende Achse als Haupterstreckungsachse des Steckverbinders bezeichnet werden.
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Der männliche Kontakt ist ausgebildet, den weiblichen Kontakt eines weiteren erfindungsgemäßen Steckverbinders zu kontaktieren. Der weibliche Kontakt ist ausgebildet, den männlichen Kontakt des weiteren erfindungsgemäßen Steckverbinders aufzunehmen.
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Zwei erfindungsgemäße Steckverbinder können folglich miteinander gekoppelt werden. Der Steckverbinder kann somit auch als Zwitter-Steckverbinder bezeichnet werden. Bei einem Zwitter-Steckverbinder ist das sog. Insert in sich selbst steckbar. Der Zwitter-Steckverbinder weist im Steckbereich eine Stift- und eine Kuppler-Komponente mit dem männlichen und dem weiblichen Kontakt auf. Durch die Ausführung des Steckverbinders als Zwitter-Steckverbinder ist lediglich eine Ausführungsform einer mechanischen Schnittstelle, dem Insert, nötig, um zwei Steckverbinder herstellen zu können, welche miteinander gekoppelt werden können.
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Der männliche und der weibliche Kontakt können z.B. aus einem entsprechenden Blech gestanzt und geformt werden. Zur Befestigung an der Litze einer entsprechenden Ader können die Kontakte an einem Ende jeweils eine Crimp-Lasche aufweisen. Es versteht sich, dass andere Arten der Kopplung zwischen Kontakt und Ader ebenfalls möglich sind.
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An dem Ende, welches der Crimp-Lasche gegenüber liegt, weist der männliche Kontakt einen Kontaktstift auf. Ein solcher männlicher Kontakt kann auch als Stiftkontakt oder Kontakt in Stiftausführung bezeichnet werden. Der weibliche Kontakt weist an dem Ende, welches der Crimp-Lasche gegenüber liegt, einen Aufnahmeraum für den Kontaktstift eines weiteren männlichen Kontakts auf. Ein solcher weiblicher Kontakt kann auch als Buchskontakt oder Kontakt in Buchsausführung bezeichnet werden. Um den Aufnahmeraum können z.B. Kontaktfedern angeordnet sein, welche einen eingeführten Kontaktstift mechanisch und elektrisch kontaktieren.
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Es versteht sich, dass die obigen Erläuterungen zu den Kontakten lediglich beispielhaft sind und dass der Steckverbinder der vorliegenden Erfindung nicht auf derartige Kontakte beschränkt ist sondern mit jeder geeigneten Art von Kontakt genutzt werden kann.
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Insbesondere im Automotive-Bereich werden strenge Anforderungen an die Hochfrequenzeigenschaften eines Steckverbinders gestellt. Es bestehen lediglich eingeschränkte Möglichkeiten, einen Steckverbinder hinsichtlich der Hochfrequenzeigenschaften zu optimieren. Bei dem erfindungsgemäßen Steckverbinder wird dazu die Toleranzketten vom Gehäuse bis zu den Innenleitern bzw. Kontakten verbessert.
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Zur Aufnahme und exakten Positionierung der Kontakte sieht der Steckverbinder das Trägerelement vor. Das Trägerelement weist für jeden der Kontakte einen Aufnahmeraum auf, in welchen der entsprechende Kontakt eingeführt werden kann. Die Kontakte können bei der Montage des Steckverbinders in die Aufnahmeräume z.B. eingeschoben bzw. eingelegt werden und das Trägerelement umschließt die Kontakte im montierten Zustand des Steckverbinders.
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Die Kontakte können in dem Trägerelement z.B. durch die Haftreibung zwischen dem Material des Trägerelements und den Kontakten gehalten werden. Zwischen dem Trägerelement und den Kontakten kann zusätzlich eine Rückhalteeinrichtung vorgesehen sein, welche verhindert, dass die Kontakte aus den Aufnahmeräumen rutschen. Eine solche Rückhalteeinrichtung kann z.B. Rastelemente und entsprechende Auflagen bzw. Ausnehmungen aufweisen, welche eine Rastverbindung zwischen den Kontakten und dem Trägerelement herstellen.
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Die Kontakte werden mit Ihrer Längsachse in den Aufnahmeräumen in einem vorgegebenen Winkel, im Wesentlichen parallel zur Steckrichtung bzw. Haupterstreckungsachse des Steckverbinders positioniert. Der vorgegebene Winkel kann dabei ein spitzer Winkel von weniger als 10°, insbesondere ein Winkel zwischen 0° und 5°, zwischen 0° und 4°, zwischen 0° und 3°, zwischen 0° und 2° oder von weniger als 1 ° sein.
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Der Steckverbinder sieht ferner ein Schirmungselement vor. Das Schirmungselement dient der elektrischen Schirmung der Adern des Kabels im Bereich der Pitch-Aufweitung. Als Bereich der Pitch-Aufweitung wird derjenige Bereich in dem Steckverbinder bezeichnet, welcher zwischen dem Trägerelement und dem Ende der Ummantelung des Kabels liegt. In diesem Bereich weitet sich der Abstand, auch Pitch genannt, zwischen den Adern des Kabels auf. Die in dem Kabel beieinander liegenden Adern werden in dem Bereich der Pitch-Aufweitung, derart geführt, dass sie an dem Ende dieses Bereichs mit dem gleichen Abstand voneinander beabstandet sind, wie die Kontakte in dem Trägerelement.
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Der Bereich der Pitch-Aufweitung stellt in dem Signalpfad, welcher mit dem Kabel und dem Steckverbinder gebildet wird, eine Unstetigkeitsstelle bzw. eine Störstelle dar. Insbesondere werden die Adern des Kabels in diesem Bereich nicht verdrillt miteinander geführt und sind damit anfällig gegen externe Störeinflüsse.
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Durch das Schirmungselement des Steckverbinders werden die Adern in dem Bereich der Pitch-Aufweitung auf exakt definierten Wegen in dem ersten und dem zweiten Kanal geführt. Das aus elektrisch leitendem Material gefertigte Schirmungselement schirmt die Adern in diesem Bereich gleichzeitig gegen externe Störeinflüsse ab. Eine solche Schirmung ist insbesondere bei der Übertragung hochfrequenter Signale im Frequenzbereich von z.B. mehr als 1GHz relevant, um eine hohe Signalübertragungsqualität zu gewährleisten.
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Der erfindungsgemäße Steckverbinder verbessert folglich die Stetigkeit und den gleichmäßigen Verlauf des Widerstands eines Signalpfades zur Übertragung von Hochfrequenzsignalen, wobei Sprünge des Widerstands im Signalpfad unterdrückt werden.
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Es versteht sich, dass der Steckverbinder weitere Elemente aufweisen kann, die oben bisher nicht explizit genannt wurden. Beispielsweise kann der Steckverbinder einen Außenleiter aufweisen, welcher das Trägerelement, das Schirmungselement und das Ende der Ummantelung des Kabels aufnimmt. Ein solcher Außenleiter kann z.B. auch den elektrischen Kontakt zwischen einem Schirmgeflecht des Kabels und dem Schirmungselement herstellen und dazu ein leitendes bzw. metallisches Material aufweisen bzw. aus einem solchen gefertigt sein. Ferner kann z.B. eine Hülse, insbesondere eine Crimp-Hülse, vorgesehen sein, welche über das Ende der Ummantelung des Kabels gelegt wird und für das umgelegte Schirmgeflecht als Stützhülse dient. Der Außenleiter kann über einer solchen Hülse angeordnet sein und in dem Bereich der Überlappung mit der Hülse verpresst bzw. vercrimpt werden. Ferner kann der Außenleiter z.B. mittels einer Umspritzung an dem Kabelmantel befestigt werden.
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Weitere Ausführungsformen und Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren.
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In einer Ausführungsform kann der Steckverbinder einen Keil aufweisen, welcher sich ausgehend von dem Trägerelement entgegen der Steckrichtung in einer zumindest orthogonal zur Steckrichtung liegenden Achse verjüngt und an dem entgegen der Steckrichtung liegenden Ende des Trägerelements zwischen dem ersten Aufnahmeraum und dem zweiten Aufnahmeraum angeordnet ist.
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Der Keil dient der exakten Positionierung der einzelnen Adern des Kabels insbesondere bei der Montage des Steckverbinders und beim Stecken bzw. Lösen einer Steckverbindung mit dem Steckverbinder.
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Dazu ist der Keil derart ausgeführt, dass er die zwei Adern an seinem der Steckrichtung gegenüberliegenden Ende aufnimmt, wo diese aneinander liegen. Über seine Länge in Steckrichtung weitet sich der Keil auf, so dass an seinem in Steckrichtung liegenden Ende die Adern in dem vorgesehenen Abstand zueinander liegen, also im gleichen Abstand, in welchem der erste Kontakt und der zweite Kontakt in dem Trägerelement zueinander angeordnet sind.
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Es versteht sich, dass in einer solchen Ausführungsform die Kanäle in dem Schirmungselement zueinander geöffnet sein können, so dass keine geschlossene Wand zwischen dem ersten Kanal und dem zweiten Kanal vorhanden ist. Vielmehr kann der Keil den ersten Kanal zumindest in einem Abschnitt von dem zweiten Kanal trennen.
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Liegen die Adern in dem ersten und dem zweiten Kanal, werden diese durch den sich entgegen der Steckrichtung verjüngenden Keil in einer exakt definierten Position gehalten, insbesondere auch beim Stecken bzw. Lösen einer Steckverbindung mit dem Steckverbinder.
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Bei der Verbindung eines Steckverbinders mit einem Kabel kann nach dem Verbinden der Kontakte mit den Litzen der Adern, der Keil zwischen den Adern angeordnet werden und die Kontakte in dem Trägerelement eingeführt werden. Die Positionen der Adern für das Aufbringen des Schirmungselements werden durch den Keil exakt definiert. Ein Quetschen falsch liegender Adern beim Aufbringen des Schirmungselements wird folglich effektiv vermieden.
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In einer weiteren Ausführungsform kann der Keil ein elektrisch leitendes Material aufweisen.
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Der Keil kann z.B. eine Metallisierung aufweisen oder aus einem Metall bestehen. In dem Bereich der Pitch-Aufweitung können die Adern nicht mehr miteinander verdrillt geführt werden. Ein elektrisch leitender Keil isoliert in diesem Bereich die zwei Adern voneinander und erhöht damit die Signalqualität, welche an dieser Hochfrequenzstörstelle ohne einen elektrisch leitenden Keil negativ beeinflusst werden kann.
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In einer Ausführungsform kann der Keil einstückig mit dem Trägerelement ausgebildet sein und in einer entsprechenden Ausnehmung des Schirmungselements angeordnet sein.
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Das Trägerelement kann in einer Ausführungsform ein einstückiges Formteil, insbesondere ein einstückiges Kunststoffteil, speziell ein einstückiges Kunststoff-Spritzteil sein. Insbesondere in einer Ausführungsform, in welcher der Keil einstückig mit dem Trägerelement ausgebildet ist, kann so die Herstellung der einzelnen Komponenten des Steckverbinders vereinfacht werden.
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Soll der Keil elektrisch leitend ausgeführt werden, kann eine Metallisierung des Keils z.B. durch ein Tauchbad oder eine andere Art der Beschichtung mit einem entsprechenden Material erzeugt werden.
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Alternativ kann der Keil z.B. als Metallteil gestanzt oder anderweitig geformt und z.B. in das Vollmaterial des Trägerelements gesteckt bzw. geschossen werden.
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In einer weiteren Ausführungsform kann das Schirmungselement zwei Halbschalen aufweisen. Die Schnittebene, welche das Schirmungselement in die zwei Halbschalten teilt, kann z.B. in dem Mittelpunkt des Querschnitts des ersten Kanals in Längserstreckungsrichtung und in dem Mittelpunkt des Querschnitts des zweiten Kanals in Längserstreckungsrichtung liegen.
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Liegen der erste Kanal und der zweite Kanal in Längserstreckungsrichtung, also in Steckrichtung des Steckverbinders, z.B. in einer horizontalen Ebene, teilt die Schnittebene den Steckverbinder in dieser horizontalen Ebene mittig. Jede der Halbschalen umfasst folglich eine der Hälften des Bereichs der Pitch-Aufweitung.
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Wird das Schirmungselement mit zwei Halbschalen ausgeführt, kann dieses sehr einfach hergestellt und montiert werden. Insbesondere können die Halbschalen im montierten Zustand z.B. mittels eines Rastmechanismus miteinander verrastet werden. Dazu kann z.B. eine der Halbschalen entsprechende Zapfen mit angeformten Rastnasen aufweisen. Die andere der zwei Halbschalen kann entsprechende Ausnehmungen aufweisen, in welche die Zapfen bei der Montage des Steckverbinders eingreifen können.
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In einer weiteren Ausführung, kann jede der Halbschalen einen Zapfen und eine entsprechende Ausnehmung aufweisen. In solch einer Ausführung kann für jede der zwei Halbschalen das gleiche Bauelement verwendet werden. In dieser Ausführungsform sind die Kanäle achssymmetrisch zur Mittelachse bzw. der Längsachse des Schirmungselements. Ferner sind der Zapfen und die Ausnehmung ebenfalls symmetrisch zu dieser Achse angeordnet. Es wird somit sichergestellt, dass zwei Ausführungen der Halbschalen aufeinandergelegt werden können und der Zapfen einer Halbschale jeweils in die Ausnehmung der anderen Halbschale eingreift.
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Die Verbindung der zwei Halbschalen kann permanent, also nicht-lösbar, ausgeführt sein.
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In einer weiteren Ausführungsform kann der Keil an einer der Halbschalen angeordnet sein.
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Die Hochachse des Keils, welche orthogonal zur Längsachse des Keils und damit der Steckrichtung des Steckverbinders liegt, erstreckt sich in dieser Ausführung von einer der Halbschalen zur zweiten Halbschale.
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Der Keil kann an seinem oberen Ende, also dem von der Halbschale entfernten Ende, über seine gesamte Länge eine Verjüngung aufweisen. Diese erleichtert ein Einführen des Keils zwischen die Adern beim Zusammenfügen der zwei Halbschalen. Die Adern gleiten beim Zusammenfügen der Halbschalen an der Wand des Keils entlang und werden in die gewünschten Positionen in den Kanälen geführt.
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Die Höhe des Keils kann in einer Ausführungsform derart gewählt werden, dass der Keil sich in einer Seitenansicht über die Adern hinaus erstreckt, wenn die zwei Adern in die Halbschale eingelegt sind. In der zweiten Halbschale kann ein entsprechender Aufnahmeraum für das überstehende Ende des Keils vorgesehen sein. Der Aufnahmeraum kann insbesondere entsprechend der Verjüngung geformt sein und die Verjüngung aufnehmen. Bei zusammengesetzten Halbschalen liegen die Adern in dieser Ausführung an dem Bereich des Keils an, welcher keine Verjüngung aufweist und ein Spiel zwischen dem Keil und den Adern wird effektiv verhindert.
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Um weiterhin mit zwei Identischen Halbschalen arbeiten zu können, können in einer Ausführung beide Halbschalen den Aufnahmeraum aufweisen. Der Keil kann in einer solchen Ausführung als separates Bauteil bereitgestellt werden und sowohl an seinem oberen, als auch an seinem unteren Ende eine entsprechende Verjüngung aufweisen. Bei der Montage des Steckverbinders kann der Keil in eine der Halbschalen eingelegt werden und danach die zweite Halbschale aufgesetzt werden.
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Wird der Keil nicht an dem Trägerelement sondern als separates Bauteil oder an einer der Halbschalen ausgebildet, kann der Keil aus dem gleichen Material gefertigt werden, wie das Schirmungselement. Es entfällt der zusätzliche Schritt der Metallisierung des Keils bei dem Trägerelement.
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In noch einer weiteren Ausführungsform kann der Steckverbinder ein rohrartig ausgebildetes metallisches Element aufweisen, welches eine Öffnungsfläche aufweist und an dem Trägerelement angeordnet ist und zumindest das in Steckrichtung liegende Ende des männlichen Kontakts umfasst.
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Das rohrartige metallische Element kann z.B. auch als Hülse bezeichnet werden und eine Metallisierung aufweisen bzw. aus einem Metall gefertigt sein. In der montierten Endposition umfasst die Hülse den männlichen Kontakt und dient damit der elektromagnetischen Abschirmung des männlichen Kontakts, insbesondere im Frequenzbereich von mehr als 1 (ein) GHz. Gleichzeitigt bildet die Hülse einen mechanischen Schutz für den männlichen Kontakt.
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Die Öffnungsfläche des rohrartigen metallischen Elements kann derart gewählt werden, dass die äußere Kontur des weiblichen Kontakts in das rohrartige metallische Element passt. Der weibliche Kontakt kann folglich in das metallische Element gesteckt werden und dabei den Kontaktstift des männlichen Kontakts aufnehmen.
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Es versteht sich, dass das metallische Element mit weiteren Elementen des Steckverbinders gekoppelt sein kann. Beispielsweise kann das metallische Element mit einem Außenleiter des Steckverbinders elektrisch gekoppelt werden. Wie oben bereits erläutert kann ein solcher Außenleiter ferner elektrisch mit einem Schirmgeflecht des Kabels gekoppelt sein. Damit wird eine durchgängige Schirmung des Kabels und des Steckverbinders sichergestellt.
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Das metallische Element kann z.B. aus Federstahl als Stanzbiegeteil ausgebildet sein. Die Verbindung zwischen dem metallischen Element und einem solchen Außenleiter kann z.B. als Crimp-Verbindung, als Löt-Verbindung, als Schweiß-Verbindung oder dergleichen ausgebildet sein.
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In noch einer Ausführungsform können der erste Kanal und der zweite Kanal an dem Ende des Schirmungselements ineinander übergehen, welches entgegen der Steckrichtung liegt, und einen gemeinsamen Eingangskanal für die erste Ader und die zweite Ader bilden.
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Ein gemeinsamer Eingangskanal ermöglicht die Aufnahme der Adern exakt in der Position, in welcher die Adern auch in dem Kabel nebeneinander liegen. Die Aufweitung des Abstands zwischen den Adern kann durch die Kanäle exakt gesteuert werden.
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Figurenliste
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Nachfolgend werden vorteilhafte Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitenden Figuren erläutert. Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Steckverbinders gemäß der vorliegenden Erfindung;
- 2 eine Draufsicht auf ein Ausführungsbeispiel eines männlichen und eines weiblichen Kontakts gemäß der vorliegenden Erfindung;
- 3 eine Draufsicht auf ein Ausführungsbeispiel eines Trägerelements gemäß der vorliegenden Erfindung;
- 4 eine Draufsicht auf ein Ausführungsbeispiel zweier Halbschalen gemäß der vorliegenden Erfindung;
- 5 eine Seitenansicht auf die Halbschalen der 4;
- 6 eine Frontansicht auf die Halbschalen der 4;
- 7 eine Explosionsansicht eines Ausführungsbeispiels eines Steckverbinders gemäß der vorliegenden Erfindung;
- 8 eine Schnittansicht des Ausführungsbeispiels des Steckverbinders der 7; und
- 9 ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung.
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Die Figuren sind lediglich schematische Darstellungen und dienen nur der Erläuterung der Erfindung. Gleiche oder gleichwirkende Elemente sind durchgängig mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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Detaillierte Beschreibung
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Steckverbinders 100. Der Steckverbinder 100 dient zur Ankopplung an ein zweiadriges Kabel 180 mit einer ersten Ader 181 und einer zweiten Ader 182. Das Kabel 180 ist ein zwei-adriges Datenkabel für die differentielle Übertragung von Daten und kann z.B. ein Twisted-Pair Kabel sein. Das Datenkabel ist insbesondere geschirmt ausgebildet.
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Der Steckverbinder 100 weist einen männlichen Kontakt 101, einen weiblichen Kontakt 104, ein Trägerelement 107, und ein Schirmungselement 110 auf.
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Der männliche Kontakt 101 und der weibliche Kontakt 104 sind in der Steckrichtung X des Steckverbinders 100 länglich ausgebildet.
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Der männliche Kontakt 101 weist an seinem entgegen der Steckrichtung X liegenden Ende einen Koppelabschnitt 102 und an seinem anderen Ende einen Kontaktstift 103 auf. Der weibliche Kontakt 104 weist an seinem entgegen der Steckrichtung X liegenden Ende ebenfalls einen Koppelabschnitt 103 auf. An seinem entgegengesetzten Ende weist der weibliche Kontakt 104 einen Kontaktraum 105 auf. Der Kontaktraum 105 ist derart ausgebildet, dass er den Kontaktstift 103 des männlichen Kontakts 101 aufnehmen und elektrisch kontaktieren kann. Dadurch wird es möglich, den Steckverbinder 100 um seine Längsachse um 180° gedreht in einen weiteren Steckverbinder 100 zu stecken.
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Die Koppelabschnitte 102, 105 dienen jeweils der elektrischen und mechanischen Anbindung einer Litze der entsprechenden Ader 181, 182 des Kabels 180. Dazu können die Koppelabschnitte 102, 105 z.B. als Crimplaschen ausgebildet sein, welche mit den Litzen vercrimpt werden können.
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Das Trägerelement 107 dient der Positionierung und Fixierung des männlichen Kontakts 101 und des weiblichen Kontakts 104. Der männlichen Kontakt 101 und der weibliche Kontakt 104 liegen dazu in dem Trägerelement 107 in entsprechenden Aufnahmeräumen 108, 109, welche die Position für den männlichen Kontakt 101 und den weiblichen Kontakt 104 festlegen. Die Aufnahmeräume durchlaufen das Trägerelement 107 in Steckrichtung X des Steckverbinders 100. Die Kontakte 101, 104 liegen daher parallel zur Steckrichtung X des Steckerbinders 100. Das Trägerelement 107 ist als elektrischer Isolator zwischen dem männlichen Kontakt 101 und dem weiblichen Kontakt 104 ausgebildet. Dazu kann das Trägerelement 107 z.B. als Kunststoffteil ausgebildet sein.
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Das Schirmungselement 110 schließt sich entgegen der Steckrichtung X des Steckverbinders 100 an das Trägerelement 107 an und liegt zwischen dem Trägerelement 107 und dem Ende der Ummantelung 183 des Kabels 180.
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Das Schirmungselement 110 führt die einzelnen Adern 181, 182 des Kabels 180 in einem ersten Kanal 111 und einem zweiten Kanal 112 an das Trägerelement 107. Das Schirmungselement 110 weist im Gegensatz zum Trägerelement 107 ein elektrisch leitendes Material auf und isoliert die Adern 181, 182 zwischen dem Ende der Ummantelung 183 des Kabels 180 und dem Trägerelement 107, also dem Anschluss der Adern 181, 182 an die Kontakte 101, 104, vor externen Störeinflüssen.
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Die Kanäle 111, 112 sind derart geformt, dass die am Ende der Ummantelung 183 zusammenliegenden Adern 181, 182 aufgeweitet werden, also auseinander geführt werden, so dass deren Abstand an demjenigen Ende des Schirmungselements 110, welches in Steckrichtung X liegt, dem Abstand der Kontakte 101, 104 entspricht. Das Schirmungselement 110 schirmt die Adern 181, 182 damit an einer sensiblen Hochfrequenzstörstelle und erhöht damit die Qualität der Datenübertragung mit dem Steckverbinder 100.
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2 zeigt eine Draufsicht auf ein Ausführungsbeispiel eines männlichen Kontakts 201 und ein Ausführungsbeispiel eines weiblichen Kontakts 204 gemäß der vorliegenden Erfindung.
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Die zwei Kontakte 201, 204 weisen eine längliche Form auf. An einem Ende weisen die zwei Kontakte 201, 204 jeweils einen Koppelabschnitt 202, 205 auf, welcher der Verbindung des jeweiligen Kontakts 201, 204 mit der jeweiligen Ader eines Kabels dient. Wie oben bereits erläutert kann der Koppelabschnitt 202, 205 z.B. jeweils eine Crimplasche aufweisen. Es versteht sich, dass andere Möglichkeiten der Verbindung zwischen Koppelabschnitt 202, 205 und Ader ebenfalls möglich sind. Beispielsweise können die Adern mit den jeweiligen Koppelabschnitt 202, 205 verlötet oder verschweißt werden.
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An den Körpern der länglichen Kontakte sind Rastnasen 215, 216 bei etwa einem Drittel der Länge ausgehend von dem Ende des jeweiligen Koppelabschnitts 202, 205 angeordnet. Die Rastnasen 215, 216 dienen dazu, den jeweiligen Kontakt 201, 204 in dem Trägerelement zu fixieren, siehe dazu auch 3 und 8.
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An seinem in Steckrichtung X liegenden Ende weist der männliche Kontakt 201 einen Kontaktstift 203 auf. Der weibliche Kontakt 204 weist an diesem Ende einen Kontaktraum 206 auf. Bei dem weiblichen Kontakt 204 weist der Kontaktraum 206 Kontaktfedern auf, welche in den Innenraum des Kontaktraums 206 geneigt sind. Wird nun ein Kontaktstift 203 in den Kontaktraum 206 eingeführt, drückt dieser die Kontaktfedern nach außen und die resultierende Anpresskraft stellt den elektrischen Kontakt sicher.
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3 zeigt eine Draufsicht eines Ausführungsbeispiels eines Trägerelements 307.
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Das Trägerelement 307 weist einen Grundkörper 319 auf, welcher dem Trägerelement 107 der 1 entspricht. Der Grundkörper 319 weist an seinem in Steckrichtung X liegenden Ende für jeden der Kontakt ein Führungselement 321, 322 auf, in welchem der jeweilige Kontakt in seiner Endposition liegt. Ferner weist der Grundkörper 319 für jeden der Kontakte eine Ausnehmung 323, 324 auf, in welche z.B. eine Rastnase des jeweiligen Kontakts, siehe 2, eingreift, um den Kontakt in dem Trägerelement 307 zu fixieren.
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Entgegen der Steckrichtung X des Steckers erstreckt sich aus dem Grundkörper 319 ein Keil 320, welcher sich entgegen der Steckrichtung X verjüngt. Der Keil 320 dient dazu, die Adern des Kabels in einer exakt definierten Bahn aufzuspreizen. Wird der Keil 320 beim Einbringen der mit den Adern verbundenen Kontakte in den Grundkörper zwischen die Adern geschoben, werden diese durch den Keil auseinander gedrückt und in die gewünschte Lage gebracht. Durch den Keil kann folglich die exakte Position der Adern, insbesondere in dem montierten Steckverbinder vorgegeben werden.
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Da bei montiertem Steckverbinder das Schirmungselement die Adern und den Keil umschließt, können die Adern ihre Position auch beim Stecken des Steckverbinders bzw. Lösen einer Steckverbindung nicht ändern.
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4 zeigt eine Draufsicht eines Ausführungsbeispiels zweier Halbschalen 330, 331 eines Schirmungselements.
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Die zwei Halbschalen 330, 331 sind annähernd identisch ausgeführt. Der Unterschied zwischen den Halbschalen 330, 331 liegt lediglich darin, dass die Halbschale 330 Zapfen 332, 333 aufweist und die Halbschale 331 Ausnehmungen 334, 335 für die Zapfen 332, 333 aufweist. Die zwei Halbschalen 330, 331 können folglich zusammengefügt werden, wobei die Zapfen 332, 333 in die Ausnehmungen 334, 335 eingreifen. Die folgenden Erläuterungen zu Halbschale 330 gelten daher analog auch für Halbschale 331.
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Die Halbschale 330 weist zwei Kanäle 311, 312 zur Aufnahme der Adern des Kabels auf. An dem entgegen der Steckrichtung X liegenden Ende bilden die zwei Kanäle einen gemeinsamen Eingangskanal 336. Über den Eingangskanal 336 können die Adern aneinander liegend in dem Schirmungselement aufgenommen werden.
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Ausgehend von dem Eingangskanal 336 weitet sich der Abstand zwischen den Kanälen 311, 312 auf, so dass die zwei Adern in den Kanälen in Steckrichtung X voneinander weggeführt werden. Es versteht sich, dass in einer Ausführung des Steckverbinders mit Keil, siehe z.B. 3 und 8, die Kontur der Halbschale 336 zwischen den zwei Kanälen 311, 312 der Kontur des Keils entsprechen kann.
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Es versteht sich, dass in einem Ausführungsbeispiel die Halbschalen 330, 331 identisch ausgebildet sein können. In solch einem Ausführungsbeispiel weist jede der Halbschalen 330, 331 einen Zapfen 332, 333 und eine Ausnehmung 334, 335 auf, so dass die Halbschalen 330, 331 zusammengefügt werden können.
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5 zeigt eine Seitenansicht auf die Halbschalen 330, 331 der 4.
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Es ist zu erkennen, dass die Ausnehmungen 334, 335 die Halbschale 331 durchdringen. Werden die Zapfen 332, 333 beim Zusammenfügen der Halbschalen 330, 331 in die Ausnehmungen 334, 335 eingeführt, können diese ebenfalls über das Material der Halbschale 331 hinausstehen.
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Dieser Überstand kann z.B. genutzt werden, um die Halbschalen 330, 331 fest miteinander zu verbinden. Die Zapfen 332, 333 können z.B. entsprechende Rastelemente aufweisen. Alternativ kann der Überstand der Zapfen 332, 333 auch verpresst oder verschweißt werden.
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6 zeigt eine Frontansicht auf die Halbschalen 330, 331 der 4.
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Die Halbschalen 330, 331 weisen zwischen den Kanälen 312, 311 kein Material auf bzw. das Material zwischen den Kanälen 312, 311 reicht nicht bis zur Kontaktfläche zwischen den zwei Halbschalen 330, 331. Die Halbschalen 330, 331 bilden damit einen Raum für den Keil aus. In einem Ausführungsbeispiel ohne Keil kann das Material der Halbschalen 330, 331 selbstverständlich bis zur Kontaktfläche zwischen den zwei Halbschalen 330, 331 reichen.
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7 zeigt eine Explosionsansicht eines Ausführungsbeispiels eines Steckverbinders 400 für ein Kabel 480 mit zwei Adern 481, 482 und einem Schirmgeflecht 484 in einer Ummantelung 483 auf.
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Der Steckverbinder 400 weist ein Trägerelement 407 auf, welches einen männlichen Kontakt 401 und einen weiblichen Kontakt 404 aufnimmt. Der männliche Kontakt 401 kann z.B. mit der Ader 481 und der weibliche Kontakt 404 mit der Ader 482 gekoppelt werden. Zwischen dem Trägerelement 407 und dem Ende der Ummantelung 483 des Kabels 480 weist der Steckverbinder 400 das Schirmungselement in Form der zwei Halbschalen 430, 431 auf.
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Zusätzlich zu den bisher genannten Elementen weist der Steckverbinder 400 eine Hülse 442 auf, welche als Stützhülse zwischen die Ummantelung 483 und das umgeschlagene Schirmgeflecht 484 gelegt wird.
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Ferner weist der Steckverbinder 400 ein Metallrohr 440 auf, welches über den männlichen Kontakt 401 geschoben wird. Über dem gesamten Aufbau wird ferner ein Außenleiter 441 angeordnet. Das Metallrohr 440 dient dem mechanischen Schutz des Kontaktstifts des männlichen Kontakts 401. Für einen mechanischen Schutz kann in einem weiteren Ausführungsbeispiel das Rohr auch aus einem nicht-metallischen Material gefertigt sein. Das Metallrohr wird bei dem Steckverbinder 400 elektrisch mit dem ebenfalls leitenden Außenleiter 441 verbunden. Der Außenleiter 441 wird ferner elektrisch mit dem Schirmgeflecht 484 und dem Schirmungselement 430, 431 verbunden. Damit wird eine durchgängige Schirmung vom Ende des Kabels 480 bis zum Ende des Kontaktstifts des männlichen Kontakts 401 sichergestellt.
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8 zeigt eine Schnittansicht des Ausführungsbeispiels des Steckverbinders der 7, wobei die Schnittebene auf den Längsachsen der zwei Kontakte 401, 404 liegt.
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In der Schnittansicht ist zu erkennen, dass die Hülse 442 auf der Ummantelung des Kabels 480 aufliegt und das Schirmgeflecht 484 über die Hülse gestülpt wurde. Der Außenleiter 441 kann z.B. mit der Stützhülse und damit dem Kabel 480 verpresst oder vercrimpt werden.
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In der Schnittansicht ist ferner zu sehen, dass die Rastnasen der Kontakte 401, 404 in den dafür vorgesehenen Aufnahmen des Trägerelements 407 liegen. Somit wird ein Herausrutschen der Kontakte 401, 404 aus dem Trägerelement beim Herstellen einer Steckverbindung effektiv verhindert.
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Schließlich weist das Metallrohr 440 auf seiner Außenseite eine Erhebung 443 in Richtung des weiblichen Kontakts auf. Wird nun ein weiterer Steckverbinder mit dem Steckverbinder 400 gesteckt, fährt das Metallrohr des weiteren Steckverbinders über den weiblichen Kontakt 404 des Steckverbinders 400. Die Erhebung 443 wird dann gegen dieses Metallrohr gepresst und stellt somit eine elektrische Verbindung der Schirmungen der zwei Steckverbinder her.
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9 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zum Konfektionieren eines Kabels 180, 480 mit einem erfindungsgemäßen Steckverbinder 100, 400, wobei das Kabel 180, 480 eine erste Ader 181, 481 und eine zweite Ader 182, 482 aufweist.
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Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf: Koppeln S1 der ersten Ader 181, 481 mit einem männlichen Kontakt 101, 201, 401, welcher zumindest in einer Steckrichtung X des Steckverbinders 100, 400 länglich ausgebildet ist, und Koppeln S2 der zweiten Ader 182, 482 mit einem weiblichen Kontakt 104, 204, 404, welcher zumindest in der Steckrichtung X des Steckverbinders 100, 400 länglich ausgebildet ist. Da der Steckverbinder 100, 400 als Zwitter-Stecker ausgebildet ist, ist der weibliche Kontakt 104, 204, 404 ausgebildet, einen männlichen Kontakt 101, 201, 401 eines weiteren Steckverbinders 100, 400 aufzunehmen. Der männliche Kontakt 101, 201, 401 ist ausgebildet, den weiblichen Kontakt 104, 204, 404 des weiteren Steckverbinders 100, 400 zu kontaktieren.
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Das Verfahren weist weiter auf, das Einbringen S3 des männlichen Kontakts 101, 201, 401 in einen ersten Aufnahmeraum 108 eines Trägerelements 107, 307, 407, und das Einbringen des weiblichen Kontakts 104, 204, 404 in einen zweiten Aufnahmeraum 109 des Trägerelements 107, 307, 407. Die Aufnahmeräume sind jeweils ausgebildet, den entsprechenden Kontakt in einem vorgegebenen Winkel zur Steckrichtung X des Steckverbinders 100, 400 zu positionieren und aufzunehmen und den männlichen Kontakt 101, 201, 401 und den weiblichen Kontakt 104, 204, 404 elektrisch voneinander zu isolieren.
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Schließlich weist das Verfahren das Umschließen S4 der ersten Ader 181, 481 mit einem ersten Kanal 111, 311 eines Schirmungselements 110 und Umschließen der zweiten Ader 182, 482 mit einem zweiten Kanal 112, 312 des Schirmungselements 110 auf. Der erste Kanal 111, 311 und der zweite Kanal 112, 312 durchdringen das Schirmungselement 110 jeweils von seinem entgegen der Steckrichtung X liegenden Ende zu seinem in Steckrichtung X liegenden Ende. Das Schirmungselement 110 weist ein elektrisch leitendes Material auf und ist an dem entgegen der Steckrichtung X liegenden Ende des Trägerelements 107, 307, 407 angeordnet. Dabei können die erste Ader 181, 481 und die zweite Ader 182, 482 über einen gemeinsamen Eingangskanal 336, 337 in den ersten Kanal 111, 311 und den zweiten Kanal 112, 312 geführt werden.
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Das Umschließen kann aufweisen, zwei Halbschalen 330, 331, 430, 431 des Schirmungselements 110 aus zwei entgegengesetzten Richtungen auf die erste Ader 181, 481 und die zweite Ader 182, 482 aufzusetzen und die zwei Halbschalen 330, 331, 430, 431 miteinander zu koppeln.
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Zum Schutz und zur Schirmung des männlichen Kontakts 101, 201, 401 kann ein rohrartig ausgebildetes metallisches Elements 440 an dem Trägerelement 107, 307, 407 über dem in Steckrichtung X liegende Ende des männlichen Kontakts 101, 201, 401 angebracht werden.
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Um die Position der einzelnen Adern 181, 481, 182, 482 des Kabels 180, 480 dauerhaft zu fixieren, wird in einem Ausführungsbeispiel ein Keil 320, insbesondere ein Keil 320, welcher ein elektrisch leitendes Material aufweist, zwischen der ersten Ader 181, 481 und der zweiten Ader 182, 482 positioniert bzw. eingeführt. Der Keil 320 verjüngt sich ausgehend von dem Trägerelement 107, 307, 407 entgegen der Steckrichtung X in einer zumindest orthogonal zur Steckrichtung X liegenden Achse und ist an dem entgegen der Steckrichtung X liegenden Ende des Trägerelements 107, 307, 407 zwischen dem ersten Aufnahmeraum 108 und dem zweiten Aufnahmeraum 109 angeordnet.
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Der Keil 320 kann einstückig mit dem Trägerelement 107, 307, 407 ausgebildet sein und in einer entsprechenden Ausnehmung des Schirmungselements 110 angeordnet werden.
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Alternativ kann der Keil 320 an einer der Halbschalen 330, 331, 430, 431 angeordnet werden.
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Da es sich bei den vorhergehend detailliert beschriebenen Vorrichtungen und Verfahren um Ausführungsbeispiele handelt, können sie in üblicher Weise vom Fachmann in einem weiten Umfang modifiziert werden, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen. Insbesondere sind die mechanischen Anordnungen und die Größenverhältnisse der einzelnen Elemente zueinander lediglich beispielhaft.
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Bezugszeichenliste
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- 100, 400
- Steckverbinder
- 101, 201, 401
- männlicher Kontakt
- 102, 202,
- Koppelabschnitt
- 103, 203
- Kontaktstift
- 104, 204, 404
- weiblicher Kontakt
- 105,205
- Koppelabschnitt
- 106, 206
- Kontaktraum
- 107,307,407
- Trägerelement
- 108
- erster Aufnahmeraum
- 109
- zweiter Aufnahmeraum
- 110
- Schirmungselement
- 111, 311
- erster Kanal
- 112, 312
- zweiter Kanal
- 215,216
- Rastnasen
- 319
- Grundkörper
- 320
- Keil
- 321, 322
- Führungselement
- 323, 324
- Ausnehmung
- 330, 331, 430, 431
- Halbschale
- 332,333
- Zapfen
- 334, 335
- Ausnehmung
- 336, 337
- Eingangskanal
- 440
- metallisches Element
- 441
- Außenleiter
- 442
- Hülse
- 443
- Erhebung
- 180, 480
- Kabel
- 181, 481
- erste Ader
- 182, 482
- zweite Ader
- 183
- Ummantelung
- 484
- Schirmgeflecht
- X
- Steckrichtung
- S1, S2, S3, S4
- Verfahrensschritte
