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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Isolierteil, beispielsweise für einen
FAKRA-Steckverbinder, zum
Halten wenigstens eines Innenleiterteiles in einer vorbestimmten
Position in einem HF-Steckverbinder, wobei das Isolierteil wenigstens
eine Axialbohrung zur Aufnahme des wenigstens einen Innenleiterteiles
aufweist, gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft ferner einen HF-Steckverbinder mit
einem Außenleiterteil,
wenigstens einem Innenleiterteil und einem Isolierteil, welches
wenigstens eine Axialbohrung zur Aufnahme des wenigstens einen Innenleiterteiles
aufweist, gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 11.
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Aus
der US 2003/0176104 A1 ist ein Koaxialsteckverbinder mit einem Kunststoffgehäuse bekannt,
welcher dem sog. FAKRA-Standardisierungsschema (FAKRA = Fachkreis
Automobiltechnik) für SMB-Verbindungen
entspricht. Hierbei ist ein Kunststoffgehäuse vorgesehen, welches den
Steckverbinder hält,
schützt
und für
den Steckvorgang mit einem anderen Steckverbinder mit Kunststoffgehäuse vorpositioniert.
Das Gehäuse
weist zusätzlich
mechanische Kodierungen auf, so dass nur zusammenpassende Gehäuse ineinander
gesteckt werden können.
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Derartige
Kunststoffgehäuse
für Koaxialsteckverbinder,
welche auch FAKRA-Gehäuse genannt
werden, finden in der Automobiltechnik Anwendung für Datenübertragungskabel.
Diese Datenübertragungskabel
sind üblicherweise
Koaxialkabel oder ähnliche
auf einem elektrischen Leiter basierende Kabel. Die mechanischen
Abmessungen derartiger FAKRA-Gehäuse
im Interface-Bereich, d.h. in einem axialen Abschnitt des Gehäuses, welcher
mit einem komplementären
Stecker zusammenwirkt, um eine mechanische Verbindung zwischen beiden Kunststoffgehäusen herzustellen,
sind in der DIN-Norm 72594-1 in der Fassung vom Oktober 2004 festgelegt.
Der Teil "Straßenfahrzeuge – 50-Ohm-Hochfrequenz-Schnittstelle (50-Ω-HFSSt) – Teil 1:
Maße und
elektrische Anforderungen" der
o.g. DIN-Norm 72594-1 legt Stecker und Kuppler einer Schnittstelle
mit einer Impedanz von 50 Ohm für Hochfrequenz-Anwendungen
(50-Ω-HFSSt)
in Straßenfahrzeugen
fest und stellt so die Kommunikation zum und vom Kfz sicher. Er
legt maßliche
und elektrische Anforderungen und Eigenschaften fest und sichert
deren Austauschbarkeit. Alle namhaften Autohersteller fertigen nach
dieser Norm. Der Inhalt dieser Norm wird von dem Normenausschuss
Kraftfahrzeuge (FAKRA) festgelegt.
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Der
Normenausschuss Kraftfahrzeuge (FAKRA) im DIN vertritt die regionalen,
nationalen und internationalen Normungsinteressen auf dem Gebiet des
Kraftfahrzeugwesens. Das Aufgabengebiet des FAKRA umfasst die Erstellung
von allen Normen bezüglich
Vereinbarkeit, Austauschbarkeit und Sicherheit für Straßenfahrzeuge nach DIN 70010
(ausgenommen Ackerschlepper), unabhängig davon, ob diese Straßenfahrzeuge
mit Verbrennungsmotoren, Elektromotoren oder Hybridantrieben ausgerüstet sind.
Auch für
die Aufbauten dieser Straßenfahrzeuge
(ausgenommen Kommunal-, Feuerwehrfahrzeuge und Krankenkraftwagen)
erstellt der FAKRA Normen. Ferner ist er zuständig für die Normung der gesamten
Ausrüstung
vorstehend genannter Fahrzeuge und Aufbauten sowie für die Normung
der Frachtcontainer (ISO-Container). Die Normung fördert Rationalisierung
und Qualitätssicherung
im Kraftfahrzeugbau sowie die Umweltverträglichkeit des Kraftfahrzeugs.
Außerdem
trägt sie
dem aktuellen Stand von Technik und Wissenschaft entsprechend zur
Erhöhung
der Fahrzeug- und Verkehrssicherheit bei, zum Nutzen der Hersteller
und Verbraucher.
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Das
Isolierteil eines HF-Steckverbinders dient dazu, ein Innenleiterteil
des HF-Steckverbinders
an einer vorbestimmten Position innerhalb eines Außenleiterteiles
des HF-Steckverbinders zu halten und dabei einen elektrischen Kontakt
zwischen Innenleiterteil und Außenleiterteil
zu verhindern. Das Isolierteil ist dazu bevorzugt aus einem Dielektrikum hergestellt,
welches ein entsprechender elektrischer Isolator ist. Da der Wellenwiderstand
beziehungsweise die Impedanz über
den gesamten HF-Steckverbinder
konstant sein soll, muss der Innenleiter in dem Bereich, in dem
er innerhalb des als Dielektrikum ausgebildeten Isolierteils verläuft, einen
geringeren Durchmesser haben als außerhalb des Isolierteils, wo
lediglich Luft zwischen dem Innenleiterteil und Außenleiterteil
als Dielektrikum angeordnet ist. Diese entsprechende Änderung
der Dielektrizitätskonstante
durch unterschiedliche Medien zwischen Innenleiterteil und Außenleiterteil
muss durch eine entsprechende Änderung
des Durchmessers des Innenleiterteiles ausgeglichen werden, um einen
konstanten Wellenwiderstand zu erzielen. Dies bedeutet jedoch, dass
ein Durchmesser des Innenleiterteiles unmittelbar benachbart zum
Isolierteil größer ist
als eine Axialbohrung des Isolierteils, durch welche das Innenleiterteil
verlaufen soll. Es ist daher nicht möglich einfach das Innenleiterteil
axial durch die Axialbohrung des Isolierteils hindurch zu schieben
beziehungsweise zu stecken. Bisher ist es bekannt, entweder das Isolierteil
derart auszubilden, dass die Axialbohrung für die Montage des Innenleiterteiles
aufgeweitet werden kann, oder das Innenleiterteil aus zwei Teilen herzustellen,
die nach dem durchstecken eines Teils des Innenleiterteiles durch
das Isolierteil hindurch zusammengebaut werden.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Verbesserung des Aufbaus
und der Montage für einen
HF-Steckverbinder zur Verfügung
zu stellen.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein
Isolierteil der o.g. Art mit den in Anspruch 1 gekennzeichneten
Merkmalen und durch einen HF-Steckverbinder der oben genannten Art
mit den in Anspruch 11 gekennzeichneten Merkmalen gelöst. Vorteilhafte
Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiteren Ansprüchen beschrieben.
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Bei
einem Isolierteil der o.g. Art ist es erfindungsgemäß vorgesehen,
dass das Isolierteil für
wenigstens eine Axialbohrung einen Radialschlitz aufweist, welcher
sich in axialer Richtung über
die gesamte axiale Länge
des Isolierteiles und in radialer Richtung vom Umfang des Isolierteiles
bis zur jeweiligen Axialbohrung erstreckt, wobei an einer Eintrittsstelle
des Radialschlitzes in die Axialbohrung der Radialschlitz in Umfangsrichtung
eine Breite aufweist, die kleiner ist als ein Durchmesser der Axialbohrung.
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Dies
hat den Vorteil, dass das Innenleiterteil in radialer Richtung in
des Isolierteil eingesteckt werden kann und dabei selbsttätig verrastet,
ohne dass dafür
wegen des größeren Durchmessers
des Innenleiterteiles außerhalb
des Isolierteils die Axialbohrung aufgeweitet oder das Innenleiterteil
mehrteilig ausgebildet werden muss. Ferner sind durch die besondere
Ausbildung des Isolierteils die elektrischen Eigenschaften des Stern-Vierer-Leiters
auf kleinem Raum realisiert.
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Eine
besonders vorteilhafte Übertragung
von HF Signalen über
zwei einem Paar kombinierte Innenleiterteile ohne Übersprechen
von einem Innenleiterteil des Paares zum anderen Innenleiterteil
dieses Paares erzielt man dadurch, dass das Isolierteil wenigstens
ein, insbesondere zwei Paar Axialbohrungen für je zwei Innenleiterteile
mit jeweils zugeordnetem Radialschlitz aufweist, wobei in einer Schnittebene
senkrecht zur axialen Längsachse
des Isolierteils die Mittelpunkte aller Axialbohrungen auf einer
gemeinsamen Kreislinie liegen, wobei die Axialbohrungen eines Paares
bevorzugt symmetrisch bezüglich
der Mittellängsachse
des Isolierteiles angeordnet sind. Ein Mittelpunkt der Kreislinie
liegt hierbei bevorzugt auf der Mittellängsachse des Isolierteiles.
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Eine
besonders vorteilhafte Signalübertragung über vier
Innenleiter mit minimaler HF-Einkopplung von einem Innenleiter auf
den anderen erzielt man dadurch, dass das Isolierteil wenigstens
zwei Paar Axialbohrungen für
insgesamt vier Innenleiterteile aufweist, wobei die Axialbohrungen
derart angeordnet sind, dass eine die Mittelpunkte der Axialbohrungen
eines Paares verbindende Linie senkrecht zu einer die Mittelpunkte
der Axialbohrungen des anderen Paares verbindenden Linie steht.
Bei einer derartigen Anordnung befinden sich die Innenleiterteile
eines Paares in einer Masseebene des anderen Paares, sodass eine
HF-Einkopplung von einem Innenleiter-Paar auf das andere Innenleiter-Paar
minimiert ist. Dieses Konzept der Signalübertragung Mittels vier Innenleiter
wird auch als "Stern-Vierer" bezeichnet.
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Dadurch,
dass das Isolierteil wenigstens zwei Axialbohrungen für zwei Innenleiterteile
mit jeweils zugeordnetem Radialschlitz aufweist, wobei in Umfangsrichtung
zwischen wenigstens zwei benachbarten Radialschlitzen eine zusätzliche
Radialnut vorgesehen ist, welche sich in axialer Richtung über die
gesamte axiale Länge
des Isolierteiles erstreekt, erhalten die Wandungen eines Radialschlitzes
eine elastische Flexibilität
und können
beim radial einschieben eines Innenleiterteiles in die zugeordneten Axialbohrung
in Umfangsrichtung ausgelenkt werden, sodass das radiale einstecken
der Innenleiterteile in die zugeordneten Axialbohrungen vereinfacht und
gleichzeitig ein mechanischer Rückhaltemechanismus
für das
in die Axialbohrung eingesteckte Isolierteil durch die elastische
Federkraft der Wandungen eines Radialschlitzes verbessert ist. Dies
wird weiterhin dadurch unterstützt,
dass ein Durchmesser der Axialbohrung kleiner ausgebildet ist als
ein Durchmesser des einzusteckenden Innenleiterteiles, da hierdurch
die Wandungen eines Radialschlitzes durch das in die Axialbohrung
eingesteckte Innenleiterteil elastisch federnd aus einer Ruheposition
ausgelenkt werden. Weiterhin ist durch entsprechende Wahl der Tiefe
und Breite der Radialnuten ein sich über die axiale Länge des
Isolierteiles ergebender Wellenwiderstand beeinflussbar.
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Zweckmäßigerweise
ist wenigstens eine Radialnut sich radial in Richtung Mittellängsachse
des Isolierteiles verjüngend,
insbesondere konisch verjüngend,
ausgebildet.
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Ein
besonders einfaches Einstecken eines Innenleiterteiles in eine Axialbohrung
in radialer Richtung durch einen zugeordneten Radialschlitz hindurch
erzielt man dadurch, dass wenigstens ein Radialschlitz sich radial
in Richtung Axialbohrung verjüngend,
insbesondere konisch verjüngend,
ausgebildet ist.
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Eine
weitere Impedanzkontrolle entlang des Isolierteiles erzielt man
dadurch, dass das Isolierteil eine Mittelbohrung in axialer Richtung
aufweist, wobei durch die Wahl des Durchmessers der Mittelbohrung
auf die Impedanz entlang des Isolierteiles Einfluss genommen werden
kann.
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Sei
einem HF-Steckverbinder der o.g. Art ist es erfindungsgemäß vorgesehen,
dass das Isolierteil wie voranstehend beschrieben ausgebildet ist.
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Dies
hat den Vorteil, dass der HF-Steckverbinder mit der Anordnung eines
Stern-Vierer-Leiters ausgestattet
werden kann, wobei die besondere Ausbildung des Isolierteils die
elektrischen Eigenschaften des Stern-Vierer-Leiters auf kleinem
Raum ermöglicht
und gleichzeitig eine einfache Montage erlaubt.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
weist der HF-Steckverbinder ein Kunststoffgehäuse auf, welches in seinem
Interfacebereich mechanische Abmessungen aufweist, die dem FAKRA-Standardisierungsschema
für 50-Ω-HFSSt entsprechen.
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Die
Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Diese
zeigt in
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1 eine
erste bevorzugte Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Isolierteils
mit eingesteckten Innenleiterteilen in perspektivische Ansicht,
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2 eine
zweite bevorzugte Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Isolierteiles
in Seitenansicht,
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3 das
Isolierteil gemäß 2 in
einer Ansicht von vorne,
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4 dass
Detail X von 3,
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5 eine
erste bevorzugte Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Isolierteils
mit eingesteckten Innenleiterteilen in einer Ansicht von vorne und
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6 eine
bevorzugte Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen HF-Steckverbinders mit
einem FAKRA-Gehäuse,
in dem mittels des erfindungsgemäßen Isolierteils
eine Stern-Vierer-Anordnung ausgebildet ist in Explosionsdarstellung.
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Die
aus 1 ersichtliche erste bevorzugte Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Isolierteiles 100 weist
vier Axialbohrungen 12 auf, die sich über die gesamte axiale Länge des
Isolierteiles 100 erstrecken. Jeder Axialbohrungen 12 ist
ein Radialschlitz 14 zugeordnet, welcher sich von einem
Umfang des Isolierteiles 100 bis zu einer jeweiligen Axialbohrung 12 erstreckt,
so dass eine Öffnung
der zugeordneten Axialbohrung 12 ausgebildet ist. Jeder Radialschlitz 14 erstreckt
sich in axialer Richtung über
die gesamte axiale Länge
des Isolierteiles 100. Weiterhin sind Wandungen der Radialschlitze 14 derart
ausgebildet, dass sie sich in radialer Richtung einwärts in Richtung
der zugeordneten Axialbohrungen 12 verjüngen. An einer Eintrittsstelle
eines Radialschlitzes 14 in eine Axialbohrung 12 ist
der Radialschlitz 14 mit einer Breite ausgebildet, die
kleiner ist als ein Durchmesser der Axialbohrung 12. Hierdurch ist
eine mechanisch Rückhaltung
für ein
in der Axialbohrung 12 angeordnetes Innenleiterteil 16 ausgebildet.
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Das
Isolierteil 100 weist eine Mittelbohrung 18 auf,
die sich ebenfalls über
die gesamte axiale Länge
des Isolierteiles 100 erstreckt. Mittels dieser Mittelbohrung 18 wird
durch entsprechende Wahl des Durchmessers dieser Mittelbohrung 18 auf
einen Wellenwiderstand beziehungsweise eine Impedanz im Bereich
des Isolierteiles 100 Einfluss genommen.
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Weiterhin
ist zwischen je zwei Wandungen von verschiedenen, in Umfangsrichtung
neben einander liegenden Radialschlitzen 14 eine Radialnut 20 ausgebildet,
die sich in axialer Richtung ebenfalls über die gesamte axiale Länge des
Isolierteiles 100 erstreckt. Hierdurch können die
jeweiligen Wandungen der Radialschlitze 14 in Umfangsrichtung
elastisch federnd verschwenken, wenn durch den Radialschlitz 14 hindurch
in radialer Richtung ein Innenleiterteil 16 eingeschoben
wird, wobei wegen der Breite des Radialschlitzes 14 im
Bereich des Einganges zur Axialbohrung 12, welche kleiner
ist als ein Durchmesser des Innenleiterteiles 16, die Wandungen
des Radialschlitzes 14 etwas einander gedrückt werden.
Sobald jedoch das Innenleiterteil 16 vollständig in
die Axialbohrung 12 eingeschoben ist, können die Wandungen des Radialschlitzes 14 in
entgegengesetzter Richtung zurück
federn, sodass das Innenleiterteil 16 in der Axialbohrung 12 über mehr
als die Hälfte
des Umfanges des Innenleiterteiles 16 umschlossen ist. Die
elastische Federkraft der Wandungen des Radialschlitzes 14 verhindert
dabei ein herausfallen des Innenleiterteiles 16 in radialer
Richtung.
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Die
Radialnut hat zusätzlich
die Aufgabe, durch Wahl einer entsprechenden Breite und Tiefe den
Wellenwiderstand über
das Isolierteil 100 zu beeinflussen.
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Bei
dieser ersten bevorzugten Ausführungsform
eines Isolierteiles 100 sind vier Axialbohrungen 12 vorgesehen,
die jeweils ein Innenleiterteil 16 aufnehmen, sodass das
Isolierteil 100 insgesamt vier Innenleiter 16 an
vorbestimmten Positionen hält.
Das Innenleiterteil 100 ist dabei zum Einschieben in eine nicht
dargestellte Außenleiterhülse eines
HF-Steckverbinders ausgebildet, sodass das Isolierteil 100 die vier
Innenleiter 16 an vorbestimmten Positionen innerhalb des
Außenleiterteiles
hält. Die
besondere Anordnung der vier Axialbohrungen 12 wird nachfolgend
anhand der zweiten bevorzugten Ausführungsform unter Bezugnahme
auf die 2 bis 4 beschrieben.
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2 bis 4 zeigen
eine zweite bevorzugte Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Isolierteiles 200,
wobei gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen sind, sodass
zu deren Erläuterung
auf die obige Beschreibung der 1 verwiesen
wird. Wie bereits bei der ersten Ausführungsform 100 ist
auch dieses Isolierteil 200 zum Halten von vier Innenleitern 16 ausgebildet.
Wie insbesondere aus 3 ersichtlich, liegen in einer
Schnittebene senkrecht zu einer Mittellängsachse 22 des Isolierteiles 200 die
jeweiligen Mittelpunkte 24 aller Axialbohrungen 12 auf
einer gemeinsamen Kreislinie 26, deren Mittelpunkt auf
der Mittellängsachse 22 liegt.
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Durch
diese Anordnung der Axialbohrungen 12 ergibt sich für die Position
der Innenleiterteile folgendes. Je zwei Innenleiterteile sind als
Innenleiterteil-Paar symmetrisch zur Mittellängsachse 22 angeordnet.
Ferner sind die Axialbohrungen 12 derart angeordnet, dass
eine die Mittelpunkte der Axialbohrungen 12 eines Paares
verbindende Linie 28 senkrecht zu einer die Mittelpunkte
der Axialbohrungen 12 des anderen Paares verbindende Linie 30 steht.
Hierdurch befindet sich ein Innenleiterteil-Paar genau in der Masseebene
des anderen Innenleiterteil-Paares. Diese Anordnung wird auch als "Stern-Vierer" bezeichnet und hat
den besonderen Vorteil, dass ein Übersprechen von HF-Signalen
sowohl innerhalb eines Innenleiterteil-Paares als auch zwischen
verschiedenen Innenleiterteil-Paaren minimiert ist. Ein HF-Steckverbinder,
der mit einem derartigen Isolierteil 100 bzw. 200 versehen
ist, führt
daher die geometrischen Bedingungen für eine "Stern-Vierer-Signalleitungen" in geeigneter Weise fort. Die Wandungen der
Radialnuten 20 sind, wie aus 4 ersichtlich, derart
ausgebildet, dass sie im rechten Winkel zueinander stehen.
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Die
Innenleiterteile eines Paares sind zweckmäßigerweise komplementär als Stecker
und Buchse ausgebildet. Dies hat den Vorteil, dass ein derartiger
HF-Steckverbinder keine zwei verschiedenartige Typen (Buchse und
Stecker) benötigt,
sondern zwei identische HF-Steckverbinder durch einfaches drehen
um 90° ineinander
steckbar sind.
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5 zeigt
eine dritte bevorzugte Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Isolierteiles 300,
wobei gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen sind, sodass
zu deren Erläuterung
auf die obige Beschreibung der 1 verwiesen
wird. Bei dieser dritten Ausführungsform
sind lediglich zwei Axialbohrungen 12 für ein Paar von Innenleiterteilen 16 vorgesehen.
Dementsprechend sind auch lediglich zwei symmetrisch zur Mittellängsachse 22 des Isolierteiles 300 angeordnete
Radialnuten 20 ausgebildet. Die Axialbohrungen 12 sind
analog wie bei den vorhergehenden Ausführungsformen symmetrisch zur
Mittellängsachse 22 und
auf einer gemeinsamen Kreislinie (nicht dargestellte), deren Mittelpunkt
auf der Mittellängsachse 22 liegt,
angeordnet.
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6 zeigt
eine bevorzugte Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen HF-Steckverbinders mit
einem Außenleiterteil 34 und
einem FAKRA-Gehäuse 32,
in dem mittels des erfindungsgemäßen Isolierteils 100 eine
Stern-Vierer-Anordnung ausgebildet ist. Das Isolierteil hält die vier
Innenleiter 16 in der Stern-Vierer-Anordnung innerhalb des FAKRA-Gehäuse 32 und
des Außenleiterteils 34.
Trotz einer vom herkömmlichen
Signalleiter bei FAKRA-Gehäusen
abweichenden Leiteranordnung in der Form einer Stern-Vierer-Signalleitung
können
somit genormte Steckverbindungen verwendet werden. Gegenüber herkömmlichen
FAKRA-Steckverbindungen
bietet jedoch die erfindungsgemäße FAKRA-Steckverbindung
mit Stern-Vierer-Signalleitung eine erheblich verbesserte Signalübertragung,
wobei ein Übersprechen
bzw. eine Interferenz zwischen den Leitern durch die Stern-Vierer-Anordnung wirksam
vermieden ist.