DE3505189C2 - Steckverbinder für Koaxialkabel - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Steckverbinder für ein Koaxialkabel der im Oberbegriff des Anspruchs 1 näher bezeichneten Ausführung. Ein solcher elektrischer Steckverbinder ist durch die GB 1113628 (Fig. 2) bekannt geworden. Das anschlußseitige Ende der Metallhülse dieses Steckverbinders weist zunächst einen konstanten Bohrungsdurchmesser auf. In diesen wird das zur Steckerseite weisende, absatzartig verdickte Ende der den Innenmantel aufnehmenden Buchse eingesteckt. Anschließend wird die metallene Hülse an ihrem freien Ende umgebördelt, um dadurch die verschiebefeste Verbindung dieser beiden Teile zu erreichen. Dieses Umbördeln ist ein aufwendiger, nur mit einer geeigneter Vorrichtung einwandfrei zu bewerkstelligender und somit teurer Montageschritt.

Desweiteren sind Koaxialkabelanschlüsse bekannt geworden, die eine den dielektrischen Kabelmantel umfassende Metallhülse verwenden, welche beim Einsetzen des Kabels in eine koaxiale Kontaktanordnung des Anschlusses als Stütze dient. In solchen Anordnungen bildet die Metallhülse typischerweise keinen vorbestimmten elektrischen Weg durch den Anschluß, wodurch die Charakteristik der Impedanzanpassung beeinträchtigt ist. Dies kann zu Verlusten bei hohen Frequenzen, und zwar in der Größenordnung von einem GHz und höher führen.

Aus den US-Patentschriften 3 701 086 und 4 340 269 sind koaxiale Verbinder mit Metallhülsen bekannt, die zwischen den dielektrischen Innenmantel des Koaxialkabels und dessen äußerem Metallgeflecht eingesetzt sind. Eine Außenhülse ist dann über das Metallgeflecht geschoben und mit dem Metallgeflecht verquetscht, so daß zwischen dem Außenleiter des Koaxialkabels und der Metallhülse des Verbinders eine sichere elektrische Verbindung besteht. Bei dieser Anordnung ist die innere Hülse, welche das Metallgeflecht trägt, relativ dünnwandig und sie wird, wenn die Außenhülse auf dem Metallgeflecht angequetscht wird, deformiert. Daher haben der Außenleiter des Koaxialkabels und die Innenhülse nicht die gewünschte kreisrunde Konfiguration, wie sie für eine präzise Impedanzanpassung verlangt wird, die vom Innendurchmesser des Außenleiters und dem Außendurchmesser des Innenleiters abhängt, deren Abstand, Kreisform und Konzentrizität zueinander sorgfältig aufrechterhalten sein sollen.

Weiterhin können die Punkte des tatsächlichen elektrischen Kontaktes an der Metallhülse, dem Metallgeflecht und der koaxialen Kontaktanordnung nicht mit verlangter Genauigkeit bestimmt werden, um eine optimale Hochfrequenzleistung zu übertragen. Wenn das Koaxialkabel einen sehr weichen dielekektrischen Innenmantel aufweist, ist es noch schwieriger, die Anpassung des Scheinwiderstandes im Anschlußbereich der koaxialen Verbindungsanordnung aufrechtzuerhalten, weil der Außenleiter des Kabels sich leicht deformiert, wenn die äußere Hülse auf dem Metallgeflecht angequetscht wird und die innere Hülse sich hierbei mit deformiert.

In der US-Patentschrift 3 196 382 ist ein Verbinder für Koaxialkabel beschrieben, bei dem die zwischen dem dielektrischen Innenmantel und dem Außenleiter des Koaxialkabels sitzende Hülse als starre Buchse ausgebildet ist, die sich beim Quetschvorgang nicht verformt, so daß die Gestalt der Hülse unverändert bleibt. Wie dem auch sei, während des Quetschvorganges ist es jedoch möglich, daß sich die Buchse in Axialrichtung verschiebt und zwischen ihrem Vorderende und einer Schulter des Verbindergehäuses ein Luftspalt entsteht. Um bei hohen Frequenzen eine angepaßte Impedanz zu erlangen ist es aber erforderlich, daß zwischen dem Vorderende der Buchse und dem Gehäuse ein guter elektrischer Kontakt besteht, und daß die Stirnfläche der Buchse mit großer Genauigkeit an der Gehäuseschulter anliegt.

HF-Signale breiten sich entlang der Oberfläche eines Leiters aus. Bei mehreren hintereinander liegenden Leitern bedeutet dies, daß die Signale sich entlang der leitenden Oberfläche von Kontaktpunkt zu Kontaktpunkt ausbreiten, anstatt durch den Leiter, wie es bei normalen Spannungen oder bei Niederfrequenzsignalen der Fall ist. Wenn die Kontaktpunkte nicht so angeordnet sind, daß sie einen optimalen Oberflächenpfad im äußeren Leistungskreis bilden, so werden übermäßig große Induktivitäten und/oder Widerstände erzeugt, die Verluste des hochfrequenten Signals verursachen. Von der Oberfläche des Innenleiters austretende elektrische Felder werden daher vom Außenleiter beeinflußt.

Obwohl zusätzliche Senkbohrungen oder Stufen im äußeren Schaltkreis die Oberflächenlange nicht vergrößern, stellen diese Merkmale Abschnitte mit unangepaßter Impedanz und Kapazität dar, die ebenfalls HF-Signalverluste verursachen. Die Empfindlichkeit der HF-Signale gegen diese Einflüsse steigt mit der Frequenz, d. h. je mehr solche Einflüsse vorhanden sind und je höher die Frequenz ist, um so größer sind die HF-Signalverluste. Weil bei dem aus der US- Patentschrift 3 196 382 bekannten Verbinder die Möglichkeit des axialen Verschiebens der Buchse besteht, hat dieser nicht den Grad an Impedanzanpassung, wie er für die Übertragung von hohen Frequenzen verlangt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen elektrischen Steckverbinder gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 so weiterzubilden, daß das Anschließen des Koaxialkabels keinerlei Werkzeuge und Vorrichtungen erfordert und im Anschlußbereich des Koaxialkabels ein genau angepaßtes Impedanzverhalten vorliegt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem gattungsgemäßen elektrischen Steckverbinder durch die im Anspruch 1 aufgeführten Merkmale gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen des Gegenstands nach Anspruch 1 sind den Unteransprüchen zu entnehmen. Mit der Erfindung erzielbare Vorteile ergeben sich aus der Beschreibung.

Die Erfindung wird anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels wie folgt näher erläutert. Die Zeichnung zeigt

Fig. 1 einen elektrischen Steckverbinder mit angeschlossenem Koaxialkabel im Längsschnitt;

Fig. 2 einen Ausschnitt der wesentlichen Einzelteile des elektrischen Steck-Verbinders vor dem Zusammen­ bau, in einer Seitenansicht;

Fig. 3 bis Fig. 8 das in verschiedenen Montagestadien darge­ stellte Anschließen eines Koaxialkabelendes an ein Verbindungsteil gemäß Fig. 1, jeweils in Seitenansicht dargestellt.

In Fig. 1 der Zeichnung ist der Kabelanschluß allge­ mein mit 10 bezeichnet, welcher aus einem elektrischen Verbindungsteil 12 mit daran angeschlossenem Koaxial­ kabel 14 zusammengesetzt ist. Das Koaxialkabel 14 ent­ hält einen zentrisch angeordneten Innenleiter 16, der in einen dielektrischen Innenmantel 18 eingebettet ist. Diesen umgibt ein in Form eines Metallgeflechtes ausgebildeter Außenleiter 20, welcher den Innenleiter 16 abschirmt. Auf dem Metallgeflecht ist ein dielek­ trischer Außenmantel 22 angeordnet. Wegen der neuen Eigenschaften des Kabelanschlusses 10 kann das Koaxial­ kabel 14 einen relativ weichen, dielektrischen Innen­ mantel 18 aufweisen, der im allgemeinen für einen dem Scheinwiderstand genau angepaßten Abschluß ungeeignet ist, wenn herkömmliche Anschlußtechniken angewendet werden. Solche Kabel mit weichem dielektrischen Innen­ mantel sind jedoch im Handel erhältlich.

Das an das Koaxialkabel 14 angeschlossene Verbindungs­ teil 12 umfaßt eine koaxiale Kontaktanordnung 24 mit einem zentrischen Innenleiter-Kontaktelement 26, das in einem Isolator 28 steckt, der von einer Metallhülse 30 umgeben ist. Die Metallhülse 30 besteht aus einem Ver­ bindungsende 32 und einem anschlußseitigen Ende 34. Das Verbin­ dungsende 32 ist entlang dem vorderen Verbindungs­ ende 38 der koaxialen Kontaktanordnung 24 geschlitzt 36. Es bildet den Außenkontakt der Anordnung. Außen­ kontakt, Isolator 28 und Innenleiter-Kontaktele­ ment 26 schließen am vorderen Verbindungsende 38 glatt miteinander ab. Das zylindrisch ausgebildete Vorderteil 40 des anschlußseitigen Endes 34 der Metallhülse 30 ist teleskopartig über den rückwärtigen Teil 42 des Verbindungsendes 32 geschoben. Die beiden Teile 32, 34 der Metallhülse 30 sind über einen Preßsitz an­ einander befestigt.

Das Verbindungsende 32 der Metallhülse 30 umgibt eine Außen­ hülse 44. Innerhalb dieser Außenhülse 44 ist ein Kragen 46 auf dem Verbindungsende 32 mittels eines Halteringes 48 befestigt. Zwischen dem rückwärtigen Ende des Kragens 46 und einer nach vorn gerichteten Schulter 52 der Außenhülse 44 ist eine Schraubenfeder 50 eingespannt, welche die Außenhülse 44 in zurückge­ schobener Lage hält. Die Schraubenfeder 50 sichert an der Trennfläche des Kabelanschlusses 10 einen guten An­ lagedruck auf ein komplementäres Verbindungsteil (nicht dargestellt).

Das Koaxialkabel 14 ist mittels eines Schrumpf­ schlauches 54 aus Kunststoff, einer metallenen Quetsch­ hülse 56, einer geschlitzten Buchse 58 und eines Druck­ ringes 60 aus Kunststoff mit der Kontaktanordnung 24 verbunden. Diese Teile sind in Fig. 2 vor ihrer Montage dargestellt. Die Buchse 58 steckt in einer zylindri­ schen Bohrung 62 des anschlußseitigen Endes 34 der Metallhülse 30. Dieses anschlußseitige Ende 34 weist einen im Durchmesser verringerten Abschnitt auf, der ein steifes anschlußseitiges Anschlußende 64 bildet, das sich von der rückseitig ringförmigen Stirnfläche 66 bis zu einer vom im Durchmesser größeren anschlußseitigen Ende 34 gebildeten, nach hinten weisenden Ringschulter 68 erstreckt. Die Buchse 58 ist ruckwärtig mit einem im Durchmesser vergrößerten anschlußseitigen Bereich 70 versehen, der so stabil ist, daß er sich nicht verformt, wenn die Quetschhülse 50 darauf und auf dem anschlußseitigen Ende 64 der Metallhülse 30 befestigt wird.

Das Vorderteil der Buchse 58 enthält mehrere, sich in Längsrichtung erstreckende axiale Schlitze 72, die von der steckerseitigen Stirnseite 74 bis kurz vor den anschlußseitigen Bereich 70 reichen. Beispielsweise sind vier solche Schlitze 72 vorgesehen, die zwischen sich vier radial federnde Finger 76 bilden. Der anschlußseitige dickere Bereich 70 weist eine nach vorn gerichtete Ringschulter 78 auf, welche an der rückseitigen Stirnfläche 66 der Metallhülse 30 anliegt, wenn die Buchse 58 vollständig in die Bohrung 62 eingesetzt ist. Das Vorderteil der Buchse 58 ist so dimensioniert, daß es in der Bohrung 62 mit einem Spielraum von vorzugsweise 0,0762 mm (.003 inch) oder größerer Toleranz sitzt. An den freien Enden der Finger 76 ist ein nach außen gerichteter Flansch 80 angeordnet, der in eine ringförmige Aufnahme 82 des rückwärtigen Teiles 42 der Metallhülse 30 eingreift. Die Aufnahme 82 besteht praktisch aus einer Ansenkung der Bohrung 62, wobei die Öffnung der Ansenkung sich am anschlußseitigen Boden 83 der Ausnehmung des zylindri­ schen Vorderteiles 40 befindet, das seinerseits das anschlußseitige Ende 34 darstellt. Die Stirn­ seiten 74 der Finger 76 und die Oberfläche des Bodens 83 bilden eine Ebene, welche die kritische Übergangs­ stelle der Hülsenanordnung ist. Die axiale Dicke des Flansches 80 ist dieselbe wie die Tiefe der ringförmigen Aufnahme 82, so daß der Flansch 80 die Aufnahme 82 vollständig ausfüllt. Weil die Buchse 58 und das Anschlußende 64 der Metallhülse 30 elektrisch wie ein einstückiges, leitendes Element wirken, wird dadurch der elektrische Durchgang zwischen dem Außenleiter des Koaxialkabels 14 und dem Außenkontakt der koaxialen Kontaktanordnung 24 sichergestellt. Der Flansch 80 weist somit an der kritischen Übergangsstelle des Bodens 83 der Anordnung einen bestimmten, definierten elektrischen Eingriff auf.

Der Druckring 60 enthält eine zentrische Bohrung 84, durch die der Innenleiter 16 des Koaxialkabels 14 geführt ist. Der Druckring 60 sitzt in einer an der Rückseite des Isolators 28 vorgesehenen Senkbohrung 86, zwischen deren Boden und der Stirnseite 74 der Buchse 58 er dicht eingeklemmt ist. Die Mantelflächen des anschlußseitigen Bereichs 70 der Buchse 58 und des Anschlußendes 64 der Metallhülse 30 sind vorzugsweise gerändelt, um die Haftung des Koaxialkabel-Außenleiters beim Befestigen der Quetschhülse 56 zu erhöhen.

Die Fig. 3 bis 8 veranschaulichen verschiedene Schritte bei der Herstellung des vorliegenden Kabelanschlusses 10. Wie Fig. 3 zeigt, wird das Koaxialkabel 14 zuerst abgemantelt, so daß ein kurzes Längenstück des zentri­ schen Innenleiters 16 und des Außenleiters 20 freiliegen. Der Schrumpfschlauch 54 und die Quetschhülse 56 werden, wie dargestellt, über das Koaxialkabel 14 geschoben und der Außenleiter 20 wie Fig. 4 zeigt aufgefächert und die geschlitzte Buchse 58 auf den Innenmantel 18 geschoben, bis ihr anschlußseitiger Bereich 70 am aufgefächerten Außenleiter 20 an der Stirnseite des dielektrischen Außenmantels 22 an­ liegt. Es sei angemerkt, daß der zentrische Innen­ leiter 16 in dieser Lage an der Stirnseite 74 aus der Buchse 58 hervorsteht. Dann wird der Druckring 60 aus Kunststoff über den Innenleiter 16 geschoben, bis er an den Stirnflächen von Buchse 58 und dielektrischem Innenmantel 18 des Koaxialkabels 14 anliegt.

Anschließend wird das Innenleiter-Kontaktelement 26 mit seinem hinteren Ende über den Innenleiter 16 geschoben, bis es am Druckring 60 anliegt. In dieser Lage wird das Kontaktelement 26 mit dem Innenleiter 16 durch Ein­ bringen von Lot durch eine Öffnung 90 in der Wandung des zentrischen Innenleiter-Kontaktelementes 26 verlötet (Fig. 5). Wie Fig. 6 zeigt, wird dann das so vormontierte Koaxialkabel 14 in das ruckwärtige Ende der koaxialen Kontaktanordnung 24 eingesetzt, wobei der vordere Teil der Buchse 58 in die Bohrung 62 des anschlußseitigen Hül­ senendes 34 eindringt. Weil die Finger 76 des Vorder­ teiles der Buchse 58 federn und der dielektrische Innenmantel 18 des Koaxialkabels 14 weich ist, werden die Finger 76 beim Eindrücken der Buchse 58 in die Bohrung 62 nach innen ausgelenkt. Falls notwendig, können die Finger 76 zuvor etwas zusammengedruckt wer­ den, um das Einsetzen der Buchse 58 in die Bohrung 62 zu erleichtern.

Beim Einsetzen der Buchse 58 wird diese so weit in die Bohrung 62 geschoben, bis ihre Ringschulter 78 gegen die rückseitige Stirnfläche 66 des Anschlußendes 64 stößt. In dieser Lage federn die Finger 76 nach außen, wobei deren vordere Flansche 80 in die Aufnahme 82 der Bohrung 62 schnappen und den beabsichtigten elek­ trischen Kontakt sowie ein wirksames Ineinandergreifen von Buchse 58 und Hülse der Kontaktanordnung 24 her­ stellen. Hierdurch wird eine Axialbewegung der Buchse 58 relativ zur Hülse verhindert. Anschließend wird, wie Fig. 7 zeigt, die Quetschhülse 56 über den Außenleiter 20 geschoben, bis sie gegen die Ringschulter 68 der Metallhülse 30 stößt. Die Quetschhülse wird nun verformt, und zwar vorzugsweise zu einem Sechskant, wo­ bei der Außenleiter 20 auf dem steifen anschlußseitigen Bereich 70 der Buchse 58 und dem Anschlußende 64 der Metallhülse 30 festgeklemmt wird. Schließlich wird der Schrumpf­ schlauch 54 über die Quetschhülse 56 und über einen Flansch 92 am anschlußseitigen Ende 34 der Metallhülse 30 gezogen und durch Einwirkung von Wärme befestigt, wo­ durch er den Anschlußbereich der fertigen Anordnung ab­ gedichtet umschließt.

Weil das Quetschverfahren am anschlußseitigen Bereich 70 der Buchse 58 und am Anschlußende 64 der Metallhülse wegen deren Starrheit keine Verformung verursacht, be­ halten diese Teile ihre kreisförmige Konfiguration und Konzentrizität in bezug auf den zentrischen Innenleiter 16 des Koaxialkabels 14, obwohl dessen dielektrischer Innenmantel 18 relativ weich ist. Da also keine Defor­ mation der den Innenmantel 18 umgebenden Metallhülsen erfolgt, tritt auch keine Beeinträchtigung der An­ passung des Scheinwiderstandes des Kabelanschlusses 10 auf.

Die Buchse 58 dient für den weichen Innenmantel 18 als Stütze, die das in Fig. 5 dargestellte Einsetzen des Koaxialkabels 14 in die Kontaktanordnung 24 erleich­ tert. Die Buchse 58 wirkt somit wie ein Kontaktein­ setzwerkzeug. Weiterhin stellt die Buchse 58 eine Fort­ setzung des Außenleiters dar, welche über die volle Länge des rückwärtigen Anschlusses denselben Schein­ widerstand aufweist, wie das Koaxialkabel 14. Sie dient außerdem als Kontaktelement, mit dem eine Zwischenver­ bindung am kritischen Punkt des Bodens 83 der Metall­ hülse 30 und eine wirkungsvolle Verriegelung der Flansche 80 der federnden Finger 76 in der Aufnahme 82 erzielt wird. Dieser feste Eingriff wird noch da­ durch erhöht, daß die Buchse 58 mit ihrer vorderen Ringschulter 78 an der rückseitigen Stirnfläche 66 der Metallhülse 30 anliegt. Der Druckring 60 stützt das zentrische Kontaktelement 26 während der Montage beim Einsetzen in die koaxiale Kontaktanordnung 24. Außerdem stellt er die Fortsetzung des dielektrischen Mediums durch den Anschlußbereich dar, der den Isolator 28 der Kontaktanordnung 24 und den Innenmantel 18 des Koaxialkabels 14 überbrückt. Alle diese Merkmale be­ wirken einen dem Scheinwiderstand des Koaxialkabels 14 präzise angepaßten Abschluß, so daß der Kabelanschluß 10 mit minimalen Verlusten auch bei hohen Frequenzen verwendet werden kann.

Claims (6)

1. Elektrischer Steckverbinder für ein Koaxialkabel (14), das einen zentrischen Innenleiter (16), einen Außenleiter (20) sowie einen zwischengeschalteten, relativ weichen, dielektrischen Innenmantel (18) aufweist, mit

• a) einer als Außenleiterkontaktelement dienenden Metallhülse (30), die ein steckerseitiges Verbindungsende (32) für einen komplementär ausgebildeten Steckverbinder und ein anschlußseitiges Ende (34) für den Außenleiter (20) aufweist und deren anschlußseitiges Ende (34) von einer Bohrung (62) durchsetzt ist;
• b) einer Buchse (58) aus Metall, die einen steckseitigen Bereich (80) sowie einen anschlußseitigen Bereich (70) aufweist und von der Anschlußseite her in die Bohrung (62) der Metallhülse (30) eingeschoben ist, und deren anschlußseitiger Bereich (70) aus der Metallhülse (30) vorsteht sowie vom Außenleiter (20) des Koaxial-Kabels (14) übergriffen ist;
• c) einem Isolator (28) in der Metallhülse (30), in dem sich ein zentrisches Innenleiterkontaktelement (26) zur Verbindung mit dem Innenleiter (16) befindet;
• d) einer Quetschhülse (56), welche den anschlußseitigen Bereich (70) der Buchse (58) umgibt und den Außenleiter (20) des Koaxial-Kabels (14) sichert,

gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

• e) die Metallhülse (30) weist einen anschlußseitigen Boden (83) auf, in dem sich die Bohrung (62) befindet, die steckseitig eine ringförmige Aufnahme (82) größeren Durchmessers aufweist,
• f) der anschlußseitige Bereich (70) der Buchse weist steckseitig eine Schulter (78) auf, die an der anschlußseitigen Stirnfläche (66) der Metallhülse (30) anliegt,
• g) die Buchse (58) ist im steckseitigen Bereich durch axiale Schlitze (72) in mehrere radial federnde Finger (76) unterteilt, die jeweils einen steckseitigen, radialen Vorsprung aufweisen, die zusammen einen Flansch (80) bilden, der zur Verriegelung zwischen der Buchse (58) und der Metallhülse (30) in die ringförmige Aufnahme (82) eingreift.

2. Elektrischer Verbinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die steckseitige Stirnseite (74) der Buchse (58) in einer Ebene mit dem Boden (83) der Metallhülse (30) liegt.

3. Elektrischer Verbinder nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die ringförmige Aufnahme (82) vom Boden (83) der Metallhülse (30) ausgeht und ihre Tiefe der axialen Dicke des Flansches (80) der Buchse (58) entspricht.

4. Elektrischer Verbinder nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der anschlußseitige Bereich (70) der Buchse (58) einen Durchmesser aufweist, der gleich ist dem Durchmesser des anschlußseitigen Endes (34) der Metallhülse (30), und daß der Außenleiter (20) des Koaxialkabels (14) auch das anschlußseitige Ende (34) der Metallhülse (30) teilweise übergreift und durch die Quetschhülse (56) gesichert ist.

5. Elektrischer Verbinder nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Mantelflächen des anschlußseitigen Bereichs (70) der Buchse (58) und des anschlußseitigen, vom Außenleiter (20) übergriffenen Endes (34) der Metallhülse (30) gerändelt sind.