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Die
vorliegende Anmeldung steht in Beziehung zu und befasst sich mit
einem Gegenstand ähnlich
dem der US-Patentanmeldungen mit den Aktenzeichen 09/236,754, nunmehr
US-Patent 6,139,343; 09/236,755, nunmehr US-Patent 6,168,472; und 09/236,757,
nunmehr US-Patent 6,056,568 von Jaime R. Arnett, eingereicht am
25. Januar 1999.
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Gebiet der
Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf elektrische
Verbinder und im Spezielleren auf eine modulare Verbinderbuchse
des Typs, die bei Telekommunikationsgerätschaften verwendet wird.
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Hintergrund
der Erfindung
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Telekommunikationsgeräte haben
von der Ausbildung von elektrischen Steckern und Buchsen profitiert,
die eine einfache Verbindungsmöglichkeit/Trennmöglichkeit
zwischen elektrischen Schaltungen im Inneren der Telekommunikationsgerätschaften
und z.B. lokalen Netzwerkverdrahtungen schaffen. Solche Stecker
und Buchsen sind besonders in Verbindung mit Telefongeräten populär, bei denen
sie als Erstes verwendet wurden, und in jüngerer Zeit sind sie auch in
Verbindung mit einer großen Anzahl
verschiedener peripherer Gerätschaften
populär,
die mit Telefonleitungen verbunden sind. Die heutzutage in Verwendung
befindlichen modularen Stecker und Buchsen sind hinsichtlich ihrer
Leistungsspezifikationen und auch hinsichtlich bestimmter kritischer
Abmessungen und Konstruktionsmerkmalen genormt. Die Verwendung dieser
Vorrichtungen ist inzwischen so weit verbreitet, dass neue Häuser und
andere Gebäude
vorab mit Buchsen verdrahtet werden, die sich in allen der verschiedenen
Zimmer sowie auch an anderen strategischen Orten befinden, um Kommunikationsgerätschaften
Rechnung zu tragen. Wenn solche Verbindungen in großen Anzahlen
erforderlich sind, besteht eine allgemein übliche Praxis darin, die Drähte zu einem
zentralen Ort zu verlegen, wie z.B. einem Kommunikationsschrank,
in dem typischerweise die Buchsen an Schalttafeln angebracht sind.
Eine solche Anordnung ist z.B. in dem US-Patent Nr. 5,096,493 von
J.R. Arnett gezeigt. Bei den meisten Anlagen ist es wünschenswert,
dass die Buchse kompakt ist, wobei es bereits zahlreiche Buchsen
gibt, die zum Erreichen dieser Zielsetzung ausgebildet sind. In
dem US-Patent Nr. 5,096,442 von J.R. Arnett ist eine solche kompakte
Buchsen- und Steckeranordnung dargestellt. Der in diesem Patent
dargestellte kompakte elektrische Verbinder beinhaltet einen metallischen Leiterrahmen,
der an einem Federblock angebracht ist. Die Leiterrahmen beinhalten
eine Anzahl flacher länglicher
Leiter, die jeweils in einem Federkontakt an dem einen Ende und
in einem die Isolierung verdrängenden
Verbinder bzw. Schneid-Klemm-Verbinder an dem anderen Ende enden.
Die die Isolierung verdrängenden
Verbinder sind um entgegengesetzte Seitenwände des Federblocks herum gebogen
und sorgen für
eine kompakte Ausbildung, und die Federkontakte sind für das Einsetzen
in einem Buchsenrahmen um die vordere Oberfläche des Federblocks herum gebogen.
Die vordere Oberfläche
des Federblocks beinhaltet einen zungenartigen Vorsprung, der in
das eine Ende des Buchsenrahmens hinein passt und sich mit diesem
verriegelt. Mit der steigenden Anzahl peripherer Gerätschaften
sowie gleichzeitigen Steigerungen in den Betriebsfrequenzen, wie
diese bei der digitalen Datenübertragung
erforderlich sind, funktionieren die Verbinderanordnungen, wie diese
z.B. in dem vorstehenden '442-Patent von
Arnett gezeigt sind und die auch großen kommerziellen Erfolg haben,
in den höheren
Frequenzbereichen nicht gut. Die Verwendung von solchen Steckern
und Buchsen wird durch Nebensprechen innerhalb der Komponenten,
insbesondere in dem Stecker beeinträchtigt, und bei steigenden
Frequenzen steigt auch der Effekt des Nebensprechens. Es sind bereits
zahlreiche Anordnungen vorgeschlagen worden zum Reduzieren der Effekte
des Nebensprechens insgesamt, und zwar in Form von Verbindern mit
minimalem Nebensprechen oder Verbindern, die der Gesamtschaltung
kompensierendes Nebensprechen hinzufügen, wie z.B. durch Schaffen
von zusätzlicher
Kapazität
an der Buchse, um das Nebensprechen in dem Stecker aufzuheben oder
zu kompensieren. In dem US-Patent Nr. 5,186,674 von W.J. Denkmann
et al., ist ein elektrischer Verbinder zum Leiten von Hochfrequenzsignalen
gezeigt, bei dem die Eingangs- und Ausgangsanschlüsse durch
ein Paar metallischer Leiterrahmen miteinander verbunden sind, die
an einem dielektrischen Federblock angebracht sind. Die Leiterrahmen,
die miteinander im Wesentlichen identisch sind, weisen jeweils mehrere flache
längliche
Leiter auf, die an dem einen Ende in Federkon takten und an dem anderen
Ende in die Isolierung verdrängenden
Verbindern enden. Die Leiter sind allgemeinen parallel und nahe
beieinander angeordnet, doch drei Leiter eines Leiterrahmens sind derart
angeordnet, dass sie drei Leiter des anderen Rahmens in einem Überkreuzungsbereich überlappen.
Als Ergebnis hiervon wird das Nebensprechen zwischen den mehreren
Leitern reduziert, und zwar aufgrund der Umkehr der Polaritäten, die
durch die Überkreuzungen
hervorgerufen wird.
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Dennoch
wäre für einen
großen
Bereich von Anwendungen ein elektrischer Verbinder mit noch weniger
Nebensprechen wünschenswert.
Insbesondere führt
die Rate des Datenflusses, die in der Technik heutzutage kontinuierlich
steigt, dazu, dass die Verdrahtungsteile effektiv zu Antennen werden,
die sowohl elektromagnetische Strahlung abstrahlen als auch empfangen,
so dass effektiv verschiedene Paare von Drähten miteinander gekoppelt
werden (Nebensprechen), wodurch wiederum der Signal-Rausch-Abstand
vermindert wird und eine höhere
Fehlerrate entsteht. Verbinder, die effektiv das Nebensprechen insgesamt
aufheben oder zumindest reduzieren und dennoch über große Frequenzbereiche verwendbar
sind, sind daher wünschenswerte Ziele,
auf die die vorliegende Erfindung gerichtet ist. Zur Ermöglichung
der Verwendung eines großen Frequenzbereichs
ist es wünschenswert,
dass zumindest einige der Komponenten des Verbinders mit Komponenten
von Verbindern kompatibel sind, die sowohl der Kategorie mit hoher
Leistungsfähigkeit als
auch der Kategorie mit niedriger Leistungsfähigkeit zugehören.
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Die
vorstehend genannten, verwandten Patente von Jaime R. Arnett, dem
Erfinder der vorliegenden Anmeldung, befassen sich mit Verbindern, Steckern
und Buchsen mit wählbarer
Kompatibilität, wobei
eine Verbinderanordnung aus einem Stecker und einer Buchse derart
ausgebildet ist, dass diese als Verbinder mit hoher Leistungsfähigkeit
zusammenarbeiten, diese jedoch automatisch Kapazität in die
Verbindungsschaltung einbringen, wenn sie als Komponente oder Komponenten
eines Verbinders mit niedriger Leistungsfähigkeit verwendet werden, um
dadurch die Nebensprechleistung und die Übertragungsverlusteigenschaften
von diesem zu verändern.
Die Begriffe „hoch" und „niedrig" sind technische
Begriffe, die sich auf mehrere Verbinderparameter beziehen, unter
denen Nebensprechen der Hauptfaktor ist, wie dies im Folgenden noch
ausführlicher
erläutert
wird. Für
eine optimale Leistungsfähigkeit
ist es wünschenswert,
dass der Stecker und die Buchse in dem gewünschten Frequenzbereich zusammenarbeiten.
Daher sollte eine Buchse mit niedriger Leistungsfähigkeit
mit einem Stecker mit niedriger Leistungsfähigkeit zusammenarbeiten, und eine
Buchse mit hoher Leistungsfähigkeit
sollte mit einem Stecker mit hoher Leistungsfähigkeit zusammenarbeiten.
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Genauer
gesagt ist in dem in diesen Patenten dargestellten Stecker eine
gedruckte Schaltungsplatte bzw. Leiterplatte angebracht, die in
einem Paar von Führungsschlitzen
in Längsrichtung
translationsbeweglich ist. Auf der einen Oberfläche der Leiterplatte befindet
sich eine Mehrzahl voneinander beabstandeter Kapazitäts-Kontaktflächen, wobei
deren Anzahl von der Anzahl von Leitungen abhängig ist, denen Kapazität hinzugefügt werden
soll. Die Drahtleitungen in dem Stecker, die in der normal üblichen Weise
um die Nase des Steckers herumgeführt sind, weisen Kontaktbereiche
auf, die gegen die Oberfläche
der Leiterplatte drucken, und zwar in einer zweiten Position gegen
die Kapazitäts-Kontaktflächen der Leiterplatte
und in einer ersten Position einfach gegen die nicht-leitende Oberfläche der
Platte. Der Stecker beinhaltet ferner ein Federelement, das gegen das
von der Steckernase abgelegene Ende der Leiterplatte drückt und
die Funktion hat, die Leiterplatte in Richtung auf die erste, kapazitätsmäßige nicht-Eingriffsposition
vorzuspannen. Betätigereinrichtungen,
wie z.B. von der Leiterplatte wegstehende Elemente, haben die Funktion,
mit einem Bereich der Buchse in Eingriff zu treten, wobei es sich
bei der Buchse um eine Komponente mit niedriger Leistungsfähigkeit
bei in diese eingesetztem Stecker handelt, um auf diese Weise die
Leiterplatte in die kapazitätsmäßige Eingriffsposition
zu bewegen, um Kapazität
in die Schaltung für
eine Nebensprechkompensation einzubringen sowie die Übertragungsverlusteigenschaften
in dem Modus mit niedriger Leistungsfähigkeit zu verändern. Auf
diese Weise kann der erfindungsgemäße Stecker mit hoher Leistungsfähigkeit
zusammen mit einer Buchse mit niedriger Leistungsfähigkeit
verwendet werden.
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Bei
der zweiten Komponente des Verbinders mit hoher Leistungsfähigkeit
bei diesen Anwendungen handelt es sich um eine Buchse, auf die die
vorliegende Erfindung gerichtet ist und in der eine Leiterplatte
angebracht ist, die in einem Paar Führungsschlitze in Längsrichtung
translationsbeweglich ist. Wie bei dem vorstehend erläuterten
Stecker weist die Leiterplatte auf ihrer einen Oberfläche eine
Mehrzahl von eng voneinander beabstandeten Kapazitäts-Kontaktflächen auf,
wobei deren Anzahl von der Anzahl von Leitungen abhängig ist,
denen Kapazität hinzugefügt werden
soll. Die Drahtleitungen in der Buchse weisen Kontaktbereiche auf,
die gegen die Oberfläche
der Leiterplatte drücken,
wobei die Kontaktbereiche in einer zweiten Position gegen die darauf
befindlichen Kapazitäts-Kontaktflächen drücken oder
in einer ersten Position gegen einen nicht-leitenden Bereich der
Leiterplatte drücken.
Die Leiterplatte, die in der vorstehend geschilderten Weise relativ zu
der Buchse beweglich ist und im Spezielleren relativ zu den darin
befindlichen Drahtleitungen beweglich ist, wird durch ein Federelement
im Inneren des Buchsengehäuses
in die erste oder keine Kapazität einleitende
Position vorgespannt, wobei es sich um die für die Buchse mit hoher Leistungsfähigkeit
gewünschte
Position handelt. An der Leiterplatte sind voneinander beabstandete
Betätiger-Abstandselemente
angebracht, die in der nachfolgend erläuterten Weise durch den Nasenbereich
eines Steckers mit niedriger Leistungsfähigkeit mit Druck beaufschlagt werden,
um die Leiterplatte in die zweite Position zu bewegen und dadurch
Kapazität
in die Verbinderschaltung einzubringen.
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Der
Stecker und die Buchse der vorstehend geschilderten Anwendungen
zeichnen sich dadurch aus, dass sie jeweils eine Leiterplatte aufweisen,
die in der geschilderten Weise translationsbeweglich ist. Ferner
ist es auch möglich,
wenn nicht sogar im Interesse der Kosten wünschenswert, ähnliche
elektrische Verbinderanordnungen mit wählbarer Kompatibilität zu haben,
bei denen die Komponenten, d.h. der Stecker und die Buchse, stationäre Leiterplatten
aufweisen, wobei die vorliegende Erfindung auf derartige Anordnungen
gerichtet ist.
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Die
WO 96/24968 beschreibt eine modulare buchsenartige elektrische Verbinderanordnung
gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1, die für
die Aufbereitung der Signale in einem nicht abgeschirmten verdrillten
Paar von Drähten
zur Verwendung bei Netzwerkkomponenten geeignet ist. Die beschriebene
modulare Buchse weist ein herkömmliches
isolierendes Gehäuse
und eine Einsatzunteranordnung mit einem einsatzgeformten vorderen
Einsatzelement und einem hinteren Einsatzelement auf. Kontaktanschlüsse zur
Verbindung mit einem modularen Stecker erstrecken sich von dem vorderen
Einsatzelement weg in das hintere Einsatzelement hinein.
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Kurzbeschreibung
der Erfindung
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Gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung wird eine Verbinderbuchse mit wählbarer
Kompatibilität
geschaffen, wie sie in Anspruch 1 definiert ist.
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Die
vorliegende Erfindung weist in einer bevorzugten Ausführungsform
von dieser eine elektrische Verbinderbuchse mit hoher Leistungsverlusteigenschaft
bzw. Leistungsdämpfungseigenschaft
zur Verwendung mit einem Stecker mit hoher Leistungsfähigkeit
des Typs auf, wie er in der gleichzeitig anhängigen US-Patentanmeldung Aktenzeichen 09/272,229,
nunmehr US-Patent 6,074,256, erteilt am 13. Juni 2000 für J.R. Arnett
gezeigt ist, die gleichzeitig mit der vorliegenden Anmeldung eingereicht
worden ist, wobei sich die erfindungsgemäße Verbinderbuchse jedoch automatisch
anpasst, wenn sie zusammen mit einem Stecker mit niedriger Leistungsfähigkeit
verwendet wird, so dass sie mit diesem kompatibel ist. Bei der bevorzugten
Ausführungsform
bringt die Buchse automatisch Kapazität in die Verbindungsschaltung
ein, um die Nebensprechenleistung und die Übertragungseigenschaften der Buchse
zu verändern.
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Bei
der erfindungsgemäßen Buchse
handelt es sich um eine Komponente einer Verbinderanordnung mit
hoher Leistungsfähigkeit,
wie sie in dem gleichzeitig hiermit angemeldeten US-Patent 6,074,256
von R. Arnett gezeigt ist. In der erfindungsgemäßen Buchse ist eine Leiterplatte
fest angebracht, auf deren einen Oberfläche Kapazitäts-Kontaktflächen vorgesehen
sind. Es versteht sich, dass auch andere Schaltungskomponenten zusätzlich zu oder
anstelle der Kapazitäts-Kontaktflächen verwendet
werden können.
Im Inneren der Buchse befindet sich eine Mehrzahl leitfähiger Verbindungsleitungen, die über den
Schaltungskomponenten (oder je nach Buchsenorientierung unter den
Schaltungskomponenten) angeordnet sind. Die Drahtleitungen innerhalb
der Buchse sind in neuartiger Weise konfiguriert, sodass sie außer Kontakt
mit den Kapazitäts-Kontaktflächen bleiben,
jedoch durch ein bewegliches Abstandselement aus isolierendem Material
mit den Kapazitäts-Kontaktflächen in
Kontakt gedrängt
werden können,
wobei das Abstandselement wegstehende Betätigerelemente aufweist, die
derart positioniert sind, dass ein Stecker mit niedriger Leistungsfähigkeit
an diesen angreifen kann. Bei diesem Eingriff wird das Abstandselement
beim Einsetzen des Steckers in Richtung auf die Rückseite
der Buchse gedrückt,
wodurch die Drahtleitungen in Kontakt mit den Kapazitäts-Kontaktflächen gedrängt werden.
Bei dem Verbinder mit hoher Leistungsfähigkeit weist der Stecker mit
hoher Leistungsfähigkeit
Freiraumschlitze oder -aussparungen auf, die ein Angreifen des Steckers
an den wegstehenden Elementen verhindern, so dass das Abstandselement
in seiner Position mit hoher Leistungsfähigkeit verbleibt. Das natürliche Federvermögen der
Drahtleitungen sowie deren neuartige Konfiguration halten diese
außer
Kontakt mit der Leiterplatte und deren Kapazitäts-Kontaktflächen, bis
das Abstandselement an den Drahtleitungen angreift.
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Als
Ergebnis der Konfigurationen der erfindungsgemäßen Buchse und des Steckers
gemäß dem vorstehend
genannten Patent 6,074,256 bilden diese bei gemeinsamer Verwendung
eine Verbindung mit hoher Leistungsfähigkeit, wobei sie dennoch
in einfacher Weise zur Verwendung in einer Verbindung mit niedriger
Leistungsfähigkeit
anpassbar sind.
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Die
zahlreichen Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben
sich in einfacher Weise aus der nachfolgenden ausführlichen
Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen.
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Beschreibung
der Zeichnungen
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Es
zeigen:
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1 eine
Perspektivansicht einer Wandplatte des Standes der Technik mit einem
Verbinder vom Standard-Typ, der einen Stecker und eine Buchse umfasst;
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2 eine
auseinandergezogene Perspektivansicht der Details der Buchse der 1;
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3 eine
Tabelle mit Industrienormen für das
Nahnebensprechen (NEXT) bei Verbindungshardware;
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4 eine
Perspektivansicht einer Verbinderanordnung, die die neuartige Buchse
der vorliegenden Erfindung verkörpert;
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5 eine
teilweise weggeschnittene Perspektivansicht eines anpassbaren Steckers;
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6A eine
fragmentarische, im Schnitt dargestellte Aufrissansicht des Steckers
der 5 in dessen Konfiguration für hohe Leistungsfähigkeit;
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6B eine
fragmentarische, teilweise im Schnitt dargestellte Aufrissansicht
des Steckers der 5 in dessen Konfiguration für niedrige
Leistungsfähigkeit;
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7A eine
fragmentarische, teilweise im Schnitt dargestellte Aufrissansicht
einer alternativen Betätigungsanordnung
für den
Stecker der 5 in der Konfiguration für hohe Leistungsfähigkeit;
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7B eine
fragmentarische, teilweise im Schnitt dargestellte Aufrissansicht
des Steckers der 7A in dessen Konfiguration für niedrige
Leistungsfähigkeit;
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8A eine
fragmentarische, teilweise im Schnitt dargestellte Aufrissansicht
einer weiteren alternativen Betätigungsanordnung
für den
Stecker der 5 in der Konfiguration für hohe Leistungsfähigkeit;
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8B eine
fragmentarische, im Schnitt dargestellte Aufrissansicht der Anordnung
der 8A in der Konfiguration für niedrige Leistungsfähigkeit;
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9 eine
auseinandergezogene Perspektivansicht der Buchse der vorliegenden
Erfindung; und
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10 ein
Detail der Buchse der 9.
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Ausführliche
Beschreibung
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1 veranschaulicht
eine Wandplatte 11 des Standes der Technik, wie diese in
dem Eingangs genannten '442-Patent
von Arnett gezeigt ist, die Öffnungen 12 aufweist,
um bis zu sechs modulare Buchsen 13 in diesem aufzunehmen.
Wie in dem Arnett-Patent gezeigt ist, beinhaltet die Buchse 13 einen
Buchsenrahmen 14 und einen Verbinder 16, die zusammen
die modulare Buchse 13 bilden. Wie in 2 zu
sehen ist, weist der Verbinder 16 ein Federblockelement 17 und
ein Abdeckelement 18 auf. Der Federblock 17 weist
einen daran angebrachten Verdrahtungsrahmen 19 auf, dessen
Leitungen um die Nase 21 des Federblocks 17 herum gebogen
sind und sich in einem Winkel von diesem nach unten erstrecken,
um eine Mehrzahl von Federkontakten 22 zu bilden, die mit
Kontaktelementen 23 in dem Stecker 24 in Verbindung
treten, wenn dieser in die Öffnung 26 des
Buchsenrahmens 14 eingeführt
wird und mittels eines Auslöse-
oder Verriegelungsarms 25 verriegelt wird. Die Kontaktelemente 23 sind
jeweils mit einem einzelnen Draht in einem Kabel 27 verbunden,
und die Federkontakte 22 sind jeweils mit einem einzelnen
Draht 28 verbunden, wobei diese Teil eines nicht dargestellten
Kabels sein können
oder zu einer nicht gezeigten individuellen Vorrichtung führen können. Der
Stecker 24 und die Buchse 13 können Verbindungen für eine Anzahl
von Drähten
bilden, wie z.B. vier oder acht, wobei dies von der speziellen Anwendung
abhängig
ist. Der Verdrahtungsrahmen 19 ist in 2 mit
acht Drähten
dargestellt, so dass er acht Federkontakte 22 aufweist,
während
der Stecker 24 mit nur vier Kontaktelementen dargestellt
ist. Es versteht sich, dass 2 keine
spezielle Verbinderanschaltung darstellt, sondern nur die Beziehung der
verschiedenen Teile oder Komponenten des Verbindermoduls zueinander
veranschaulichen soll. Die Anordnung der 1 und 2 ist
bisher auf verschiedenartige Weise modifiziert worden, wie dies Eingangs
erläutert
worden ist, und zwar in der Bemühung
zur Verbesserung der Leistungsfähigkeit
hinsichtlich des Nahnebensprechens (das auch als Near-end-Crosstalk
(NEXT) bezeichnet wird), zum Erzielen größerer Kompaktheit oder zum
Erleichtern des Vorgangs der Verbindung/Trennung im Gebrauch. In
allen diesen Fällen
ist der eigentliche Verbindungs-/Trennungsvorgang der Vorrichtung
im Grunde der gleiche, selbst in den Fällen, in denen die Stecker
oder Buchsen, aus welchen Gründen
auch immer, extensiv modifiziert worden sind. Mit anderen Worten
müssen
die Industrienormen erfüllt
werden.
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Bei
der vorliegenden Erfindung handelt es sich um eine Verbinderbuchse
mit wählbarer
Kompatibilität
zur Verwendung in einem Verbindersystem, das dafür gedacht ist, den Leistungsbereich
im Betrieb zu erweitern, das jedoch den Industrienormen in dem Ausmaß entspricht,
dass die erfindungsgemäße Buchse
mit bestehenden Steckern und Buchsen kompatibel ist, wobei das Verbindersystem
automatisch Kapazität
in die Schaltungseinrichtungen einbringt, wenn festgestellt wird,
dass entweder der Stecker oder die Buchse mit einer früheren Buchse
oder einem früheren
Stecker des Standes der Technik verwendet wird. Der Stecker und
die Buchse der vorliegenden Erfindung haben somit „rückwärts gerichtete Kompatibilität bzw. Anpassbarkeit". 3 zeigt
eine Tabelle unter Darstellung der zulässigen NEXT-Verlustanforderungen
gemäß Industrienorm
bei verschiedenen Frequenzen und für Verbinder unterschiedlicher
Leistungsnormen, und zwar ANSI/TIA/EIA 568-A, wie diese von der
Telecommunications Industry Association veröffentlicht worden sind. In
der Tabelle handelt es sich bei den angegebenen dB-Werten in allen
Fällen
um negative Werte, wobei diese den NEXT-Verlust des schlechtesten
Paares darstellen. Es ist zu sehen, dass der zulässige Verlust bei 16 MHz für einen
Verbinder mit niedriger Leistungsfähigkeit (Kategorie 3)-34 dB
beträgt,
während er
für einen
Verbinder mit höherer
Leistungsfähigkeit (Kategorie
5)-56 dB beträgt,
wobei es sich um eine viel bessere Leistungszahl handelt. Derzeit
werden neue Normen für
Verbinder noch höherer
Kategorien erarbeitet, und aus diesem Grund wird der Begriff „hohe Leistungsfähigkeit" verwendet, wobei
die vorliegende Erfindung in erster Linie auf diese Verbinder gerichtet
ist.
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„Rückwärts gerichtete
Kompatibilität" wird derzeit im
Stand der Technik erforscht, und es gibt Vorschläge zum Erzielen von dieser.
In einer Abhandlung mit dem Titel „Connectors With Accessed Quality
For Use In D.C., Low Frequency Analogue, And In Digital High Speed
Data Applications",
IEC 61076-X-Y, herausgegeben von der Internationalen Elektrotechnischen
Kommission, sind mehrere vorgeschlagene Anordnungen zum Erzielen
von Kompatibilität
unter Steckern und Buchsen gezeigt. Die meisten der darin offenbarten
Buchsen und Stecker bedienen sich entweder einer manuellen oder
einer automatischen Umschaltung zwischen zwei verschiedenen Verdrahtungsschemata,
während
die vorliegende Erfindung, wie dies im Folgenden noch deutlich wird,
die Einbringung oder das Entfernen von Kapazität oder anderen Stromelementen
in oder von den Komponenten oder Bestandteilen des Verbindersystems
verwendet.
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Kompatible
Verbinderanordnung
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In 4 ist
eine Verbinderanordnung 31 dargestellt, die eine Buchse 32 mit
einer Federblockanordnung 33 und einem Buchsenrahmen 34 sowie
einen Stecker 36 aufweist, der mit Leitungen 35 eines Kabels
oder dergleichen verbunden ist, und zwar zur Verwendung in einem
Betrieb mit hoher Leistungsfähigkeit,
wie z.B. einem Datenbetrieb mit hoher Geschwindigkeit, wobei jedoch
automatisch eine Anpassung zur Verwendung bei niedriger Leistungsfähigkeit
möglich
ist, wie z.B. einem Analogbetrieb mit niedriger Frequenz. Sowohl
die Buchse 32 als auch der Stecker 36 sind unter
Vorwegnahme der neuen Parameter der Normanforderungen für einen
Betrieb mit hoher Leistungsfähigkeit
konfiguriert und verdrahtet, wobei sie als solche einen Betrieb
mit geringem Nebensprechen zeigen. Wie im Folgenden noch deutlicher
wird, ist in dem Stecker 36 eine stationäre gedruckte
Schaltungsplatte bzw. Leiterplatte angebracht, die eine Mehrzahl
von Kapazitäts-Kontaktflächen aufweist,
und ferner sind Betätigungseinrichtungen
(in 4 nicht dargestellt) vorhanden, die die Funktion
haben, mit einem Bereich einer Buchse mit niedriger Leistungsfähigkeit
zusammen zu wirken, um die Leiter mit den Kapazitäts-Kontaktflächen in Kontakt
zu bewegen, um diese in den Schaltkreis einzubringen. Die Buchse 32 enthält ebenfalls
eine stationäre
Leiterplatte 37 mit einem Betätigen 38, der die Funktion
hat, mit einem Bereich eines Steckers mit niedriger Leistungsfähigkeit
zusammen zu wirken, wenn dieser in die Buchsenöffnung 26 eingesetzt wird,
um die Leiter mit der Leiterplatte in Kontakt zu bewegen und dadurch
Kapazität
in den Schaltkreis einzubringen. Die Leiterplatten können mehr
als eine Oberfläche
mit darauf vorhandenen Kapazitätsquellen
aufweisen, oder sie können
eine Schichtkonfiguration mit Schaltungskomponenten auf mindestens einer
Oberfläche
derselben aufweisen. Der Stecker 36 weist einen ersten
und einen zweiten ausgesparten Bereich oder Aussparungen 39 auf,
die derart dimensioniert sind, dass sie ein Einsetzen des Steckers 36 in
die Öffnung 26 ermöglichen,
ohne dass dieser mit dem Betätiger 37 in
Kontakt tritt, und die Buchse 32 weist Freiraumaussparungen 41 auf,
die derart dimensioniert sind, dass sie den Betätigern für die Leiterplatte des Steckers 36 ein
Passieren in die Buchse 32 hinein ermöglichen, ohne mit der Vorderseite
von dieser in Kontakt zu treten. Wenn die Buchse 32 und
der Stecker 36 eine Verbindung mit hoher Leistungsfähigkeit
(vorgeschlagene Kategorie 6 und darüber) bilden, wird somit keine
der Leiterplatten in die Schaltung eingebracht, und somit wird auch
keine zusätzliche
Kapazität
eingebracht. Wenn dagegen die Buchse 32 einen Stecker mit
niedriger Leistungsfähigkeit
aufnimmt, werden die Betätiger 38 in
Richtung auf das rückwärtige Ende
gedrängt,
und es wird Kapazität
eingeleitet, wie dies im Folgenden noch verdeutlicht wird. Auch
wenn der Stecker 36 in eine Buchse mit niedriger Leistungsfähigkeit
eingesteckt wird, bewegen dessen Betätiger die in der Buchse vorhandenen
Leiter in die Position zum Einbringen von Kapazität.
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Sowohl
bei dem Stecker 36 als auch bei der Buchse 32 sprechen
die Betätiger,
die die darin vorhandenen Leiter mit den Kapazitäts-Kontaktflächen oder
anderen möglichen
Schaltungselementen der stationären
Leiterplatten in Kontakt bringen, nur auf das Vorhandensein eines
Steckers mit niedriger Leistungsfähigkeit an, der mit der erfindungsgemäßen Buchse
verbunden wird. Bei Konfigurierung der Buchse gemäß der vorliegenden
Erfindung, d.h. bei beiden Fällen
für hohe
Leistungsfähigkeit,
führt eine Herstellung
der Verbindung dann zu keiner Aktivierung der Betätiger, da
jeweils Freiräume
für die
Betätiger
vorhanden sind, und aus diesem Grund werden die Leiter in der Buchse
nicht in Berührung
mit der Leiterplatte bewegt oder niedergedrückt. Wenn dagegen die erfindungsgemäße Buchse
mit einem Stecker mit niedriger Leistungsfähigkeit verbunden wird, der
keinen Freiraum für
den Betätiger
oder die andere Komponente aufweist, dann aktiviert die Komponente
mit niedriger Leistungsfähigkeit
den oder die Betätiger,
der bzw. die wiederum die Leiter in Kontakt mit der Leiterplatte
niederdrücken.
Auf diese Weise wird die erfindungsgemäße Buchse mit hoher Leistungsfähigkeit
in Anpassung an die mit dieser verbundenen Komponente zu einer Komponente
mit niedriger Leistungsfähigkeit.
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Die
kompatible bzw. anbassbare Verbinderanordnung ist Gegenstand des
US-Patentes 6,074,256.
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Stecker
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In 5 ist
ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel
eines Steckers 36 dargestellt. Der Stecker 36 besitzt
einen im Wesentlichen hohlen Körperbereich 51,
der eine Nase oder ein Verbinderende 52 mit einer Mehrzahl
von Kontaktelementen 23 sowie ein Kabelanschlussende 53 aufweist,
das zum Zweck der Erläuterung
nur mit drei Eingangsdrähten 35 verbunden
dargestellt ist. Es versteht, dass die Drähte 35 für ein Kabel
mit einer beliebigen Anzahl von Drähten, z.B. 4, 6, 8, 12, repräsentativ
sind, wobei das Nasenende 52 einen ersten und einen zweiten
Aus sparungsbereich 39 aufweist, um den Freiraum für die Betätiger 38 der
Buchse 32 selbst dann zur Verfügung zu stellen, wenn der Stecker 36 vollständig in die
Buchse 32 eingesteckt ist. Im Inneren des Steckerkörpers 51 ist
eine gedruckte Schaltungsplatte bzw. Leiterplatte 52 angebracht,
die im Inneren des Körpers 51 durch
geeignete Mittel, nicht gezeigt, fixiert ist. Zum Beispiel könnte die
Leiterplatte 52 festgeklebt sein oder in Kanäle (nicht
gezeigt) im Inneren des Körpers 51 eingepasst
und festgeklebt sein. Die Leiterplatte 52 ist mit einer
Mehrzahl von Kapazitäts-Kontaktflächen 53 dargestellt,
die in der gezeigten Weise unter dem leitfähigen Element 23 angeordnet
sind. Es versteht sich, dass zwar Kapazitäts-Kontaktflächen 53 dargestellt
sind (die vorzugsweise mit Gold plattiert sind), jedoch lassen sich
die Prinzipien der Erfindung auch auf komplexere Schaltungseinrichtungen
auf der Leiterplatte 52 erweitern, um z.B. andere Arten
der Reduzierung von Nebensprechen zu erzielen. Wie am Besten in
den 6A und 6B gezeigt
ist, liegen die Kontaktelemente vorzugsweise in Form von Messern 54 vor,
von denen jedes ein distales Ende 56 aufweist, an dem sich
die Isolierung durchdringende Zähne 57 zum
Herstellen von elektrischem Kontakt mit den jeweiligen isolierten
Drähten 35 befinden.
An dem Kontaktende 52 haben die Messer 54 eine
U-förmige
Konfiguration, wie dies gezeigt ist, um die Kontakte 23 zu
bilden, wobei jedes Messer ein Ende 57 mit einer Kontaktkrümmung oder
-biegung 58 aufweist. Ein erstes und ein zweites nicht-leitendes
Betätigungselement,
die jeweils als Betätigungsknöpfe bzw.
Tasten 59 vorliegen, sind in Schlitzen 61 in der
Oberseite des Steckerkörpers 51 angeordnet
und ragen aus diesen heraus nach oben, wie dies in 5 zu
sehen ist. Die Böden 62 der
Tasten 59 sind abgerundet und drücken gegen die Oberseiten der
Messer 54, und vorzugsweise sind sie durch eine nicht-leitende
Betätigungsleiste 63 miteinander
verbunden, die in gestrichelten Linien dargestellt ist und die gegen
die Oberseiten der Messer 54 drückt. Jede Taste 59 weist
einen Flansch 64 auf, um zu verhindern, dass sie sich zu
weit aus dem Steckerkörper 51 heraus
erstreckt. Wie am besten in den 6A und 6B zu
sehen ist, die die Konfigurationen mit hoher Leistungsfähigkeit
bzw. niedriger Leistungsfähigkeit
darstellen, wirken die Messer 54 aufgrund ihrer federnd
nachgiebigen Ausbildung als Federn, wobei diese die Tasten in der
in 6A gezeigten Position halten. Wenn jedoch der
Stecker 36 in eine Buchse mit niedriger Leistungsfähigkeit
eingesetzt wird, wie dies in 6B in
gestrichelter Linie dargestellt ist, werden die Tasten 59 durch
die Buchse steuerflächenartig nach
unten bewegt, und die Messer 54 werden nach unten gedrückt, so
dass ihre Kontaktbiegungen 58 mit den Schaltungseinrichtungen
auf der Leiterplatte 52, wie z.B. den Kapazitäts-Kontaktflächen 53,
in Kontakt treten, wie dies am besten in 6B gezeigt ist,
wodurch der Stecker 36 in einen Stecker mit niedriger Leistungsfähigkeit
umgewandelt wird. Wenn der Stecker 36 aus der Buchse entfernt
wird, federn die Messer 54 zurück, so dass sich die Konfiguration
der 6A ergibt.
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Der
in den 5, 6A und 6B dargestellte
Stecker 36 stellt eine bevorzugte Ausführungsform eines für hohes
Leistungsvermögen
und niedriges Leistungsvermögen
adaptierbaren Steckers dar, wie er in dem US-Patent 6,109,943 dargestellt
ist. Es versteht sich jedoch, dass auch verschiedene andere Konfiguration
oder Konstruktionen verwendet werden könnten, die die Prinzipien der
Erfindung verkörpern.
Zum Beispiel ist in den 7A und 7B eine
Variation der Anordnung der 5, 6A und 6B dargestellt,
die die gleichen Wirkungen erzielt. Aus Gründen der Vereinfachung tragen
einander entsprechende Teile die gleichen Bezugszeichen. Wie in
den 7A und 7B zu
sehen ist, sind die Tasten 59 der 5 durch
im Wesentlichen L-förmige
Kippelemente bzw. Kniehebel 66 ersetzt worden, die zusammen
mit einer Leiste oder einer Stange 67 eine Schwenkbewegung
ausführen,
die in dem Steckerkörper 51 schwenkbar
angebracht ist. Die unteren Arme der Kippelemente 66 sind
durch eine in gestrichelten Linien dargestellte Betätigungsleiste 68 miteinander
verbunden, und zwar in ähnlicher
Weise wie im Fall der Leiste 63 der 5. Bei der
Konfiguration mit hoher Leistungsfähigkeit, wie sie in 7A dargestellt
ist, veranlasst der Federdruck der Messer die Kippelemente zur Ausführung einer
Schwenkbewegung, so dass die Kontaktbiegung 58 außer Berührung mit
der Leiterplatte 52 ist. Wenn der Stecker 36 in
eine Buchse mit niedriger Leistungsfähigkeit eingesteckt wird, wie
dies in 7B in gestrichelten Linien dargestellt
ist, veranlasst die Buchse die Kippelemente 66 zur Ausführung einer
Schwenkbewegung, so dass die Messer 54 nach unten gedrängt werden
und dadurch die Kontaktbiegung 58 jedes Messer in Berührung mit
den Schaltungseinrichtungen auf der Leiterplatte gedrängt wird,
wodurch der Stecker 36 in einen Stecker mit niedriger Leistungsfähigkeit
umgewandelt wird.
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In
den 8A und 8B ist
noch eine weitere Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung dargestellt, bei der die Kippelemente 66 und/oder
die Tasten 59 für
den Betrieb nicht erforderlich sind, wobei diese durch eine zusätzliche
Biegung 69 in den Messern 54 ersetzt sind, die
zumindest die Messer 54 an jedem Ende der Anordnung dazu
veranlasst, sich über
die obere Oberfläche
des Steckers 36 hin aus zu erstrecken, wie dies in 8A dargestellt
ist. Wenn der Stecker 76 der 8A in
eine Buchse mit niedriger Leistungsfähigkeit eingesteckt wird, wie dies
in gestrichelten Linien dargestellt ist, werden die beiden am Ende
befindlichen Messer in der in 8B gezeigten
Weise nach unten gedrängt,
um die Kontaktbiegungen 58 mit der Leiterplatte 52 in Kontakt
zu bringen. Die übrigen
Messer (die in den 6A und 8B mit 71 bezeichnet
sind) werden durch eine nichtleitende Betätigungsleiste 72 nach unten
gedrückt,
die an ihren beiden Enden Ausbauchungen 73 aufweist, die
mit den beiden Endmessern in Verbindung stehen. Der Schlitz 61 kann
derart ausgebildet sein, dass er sich über die obere Wand des Körpers 51 erstreckt,
um bei Bedarf einen ausreichenden Freiraum zu gewährleisten.
Durch die Krümmungsbereiche 69 der
Messer 54 sind die Benutzer elektrischer Spannung ausgesetzt,
wie dies in 8B zu sehen ist, so dass eine
isolierende Beschichtung an diesen, wie z.B. Mylar-Band, zu bevorzugen
ist.
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Aus
dem Vorstehenden ist ersichtlich, dass der Stecker 36 mit
wählbarer
Kompatibilität,
wie er in erster Linie in 5 dargestellt
ist, sich automatisch auf die Art der Buchse einstellt (niedrige
oder hohe Leistungsfähigkeit),
mit der er verwendet wird. Mit der Einführung von Buchsen mit höherer Leistungsfähigkeit
ist somit nur eine Steckerausbildung erforderlich, wie diese z.B.
in 5 dargestellt ist, da der Stecker 36 in
zufriedenstellender Weise mit Buchsen mit niedriger Leistungsfähigkeit
oder hoher Leistungsfähigkeit
zusammenarbeitet, wodurch sich Kosteneinsparungen für das Material
ergeben und z.B. für
den Installateur keine Notwendigkeit besteht, eine Anzahl verschiedener
Steckertypen mit sich zu führen.
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Der
Stecker, wie er vorstehend offenbart und beschrieben worden ist,
ist Gegenstand des US-Patentes 6,109,943 von Jaime R. Arnett, das
am 29. August 2000 erteilt worden ist.
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Buchse
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In 9 ist
in einer auseinandergezogenen Perspektivansicht eine bevorzugte
Ausführungsform der
erfindungsgemäßen Buchse 32 dargestellt,
wobei aus Gründen
der Vereinfachung nur diejenigen Komponenten gezeigt sind, die an
der erfindungsgemäßen Konstruktion
beteiligt sind. Daher ist nur der Buchsenrahmen 34 zu sehen,
jedoch versteht es sich, dass auch andere Elemente der Buchse vorzusehen
sind, die zumindest zum Teil bei der speziellen Verwendung unab dingbar
sind, die die Buchse finden soll. Somit zeigt die Offenbarung des
US-Patents 5,096,442 von Arnett et al. die Grundkomponenten einer
Buchse.
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Wie
in 9 gezeigt ist, handelt es sich bei dem Buchsenrahmen 34 im
Wesentlichen um den gleichen wie den Buchsenrahmen 34 der 4;
dieser weist eine Vorderseite 85 an dem Verbinderende auf,
in dem eine Öffnung 26 vorgesehen
ist, die zum Aufnehmen eines Steckers konfiguriert ist. Die Öffnung 26 weist
ein Paar Freiraumaussparungen 41 auf, die einen Freiraum
für die
Betätiger 59, 66 oder 69 des
Steckers 36 bilden. Der Buchsenrahmen 34 ist zumindest
zum Teil hohl, wie dies zu sehen ist, und weist eine Rückseite
oder einen rückwärtigen Bereich 86 auf.
Die Öffnung 26 weist
ebenfalls eine Kerbe bzw. Aussparung 87 auf, um das Verriegelungselement 25 aufzunehmen.
Im Inneren des Buchsenrahmens 34 befindet sich an dessen
Vorderseite ein stangenartiges Federelement 74, das in
gestrichelten Linien dargestellt ist und sich in Querrichtung des
Buchsenrahmens 34 erstreckt sowie in der dargestellten
Weise an seinen Enden an diesem angebracht ist. Federkontaktelemente 22,
die in dem Buchsenrahmen 34 durch eine beliebige von mehreren
in der Technik bekannten Anordnungen angebracht sind, bilden die
Kontaktenden von Leiterrahmen, deren andere Enden z.B. in einem
die Isolierung verdrängenden
Verbinders 76 enden. Es versteht sich, dass auch andere
Arten von Verbindungen als die Isolierung verdrängende Typen möglich sind, wobei
die in 9 dargestellten, die Isolierung verdrängenden
Verbinder bzw. Schneid-Klemm-Verbinder nur als Beispiel dargestellt
sind. Längliche
Leitungen 77 verbinden die Federkontaktelemente mit den die
Isolierung verdrängenden
Verbindern 76. Jede Leitung 77 enthält eine
S-förmige
Biegung, die einen ersten Biegungsbereich 78 und einen
zweiten, gegenläufigen
Biegungsbereich 79 aufweist, wie dies in 10 zu
sehen ist, die eine umgekehrte Detailansicht eines Bereichs der
Vorrichtung der 9 zeigt. Bei der Konfiguration
des Buchsenrahmens 34 mit hoher Leistungsfähigkeit
steht die zweite Biegung 79 nicht in Berührung mit
der Leiterplatte 37 und den Schaltungseinrichtungen auf
der Oberfläche 81 von dieser.
Die Leiterplatte 37 ist in dem Buchsenrahmen 34 in
einer beliebigen geeigneten Weise zum Befestigen von dieser in einer
stationären
Position angebracht, ausgerichtet und positioniert, wie dies in
den 9 und 10 gezeigt ist, so dass die
Kapazitäts-Kontaktflächen 82 (oder
andere Schaltungseinrichtungen) direkt unter den Biegungen 79 liegen,
wie dies in 9 gezeigt ist, oder über diesen
liegen, wie dies in 10 gezeigt ist. Ein Abstandselement 83 aus
geeignetem isolierenden oder nicht-leitenden Material ist in dem Buchsenrahmen 34 beweglich
angebracht und weist an seinen beiden Seiten Federeingriffsarme 84 auf,
die an ihren distalen Enden Federeingriffshaken 88 aufweisen.
Betätigerelemente 38 erstrecken
sich von dem Abstandselement 83 weg und sind derart positioniert,
dass ein Stecker mit niedriger Leistungsfähigkeit an diesen angreift,
wie dies in 10 in gestrichelten Linien dargestellt
ist. Der Stecker 36 mit hoher Leistungsfähigkeit
dagegen gelangt aufgrund der Aussparungsbereiche 39 an seinen
beiden Seiten nicht in Eingriff mit den Betätigerelementen 38,
und der Betätiger 83 bleibt
stationär,
wobei er durch das stangenartige Federelement 74, an dem
die Haken 88 eingreifen, in der nicht mit der Leiterplatte
in Eingriff tretenden Position gehalten ist. Wenn ein Stecker mit
niedriger Leistungsfähigkeit in
den Buchsenrahmen 34 eingesteckt wird, wie dies in 10 gezeigt
ist, tritt dieser mit den Betätigerelementen 38 in
Eingriff, und er drängt
das Abstandselement 83 nach hinten, so dass dieses gegen
den ersten Biegungsbereich 78 drückt, wobei dies wiederum dazu
führt,
dass der zweite Biegungsbereich 79 an den Schaltungseinrichtungen
auf der Leiterplatte 37 angreift, wie dies am besten in 10 zu sehen
ist. Das Abstandselement 83 bewegt sich entgegen der Kraft
des Federelements 74 nach hinten, und wenn der Verriegelungsarm
an dem Stecker, der in 10 mit dem Bezugszeichen 25 bezeichnet
ist, einrastet, ist die Feder 74 daran gehindert, das Abstandselement 83 nach
vorne in seine Nichteingriffsposition zu ziehen. Wenn dagegen der
Stecker mit niedriger Leistungsfähigkeit
entfernt wird, führt
die Feder 74 das Abstandselement 83 in seine nicht
eingreifende Position oder Position bei hoher Leistungsfähigkeit
zurück.
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Es
versteht sich, dass es bei manchen Schaltungskonfigurationen erwünscht ist,
dass die Kapazitäts-Kontaktflächen oder
andere Schaltungseinrichtungen in der unbetätigten Position mit den Leitugen 77 in
Kontakt sind und aus dieser Kontaktposition heraus bewegt werden,
wenn ein Stecker in die Buchse eingesteckt wird. Aus dem Vorstehenden ist
erkennbar, dass die Prinzipien der Erfindung bei einer derartigen
Anordnungen ebenso gut anwendbar sind. Wie dem auch sei, passt sich
die erfindungsgemäße Buchse
in individueller Weise automatisch für die Verwendung mit bisherigen
Steckern mit niedriger Leistungsfähigkeit an, wobei diese bei
gemeinsamer Verwendung eine Buchsen-Leistungsverbindung bilden.
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Zum
Abschluss ist darauf hinzuweisen, dass es den Fachleuten anhand
der ausführlichen
Beschreibung klar sein sollte, dass an der bevorzugten Ausführungs form
verschiedenartige Variationen und Modifikationen vorgenommen werden
können,
ohne dass man von den Prinzipien der vorliegenden Erfindung in nennenswerter
Weise abweicht. Alle solchen Variationen und Modifikationen sollen
vom Umfang der vorliegenden Erfindung mit umfasst sein, wie diese
in den Ansprüchen
ausgeführt
ist. Ferner sollen in den nachfolgenden Ansprüchen die entsprechenden Konstruktionen,
Materialien, Vorgänge
und Äquivalente
aller Einrichtungen oder Schritte plus die Funktionselemente jegliche
Konstruktionen, Materialien oder Vorgänge zum Ausführen der
Funktionen bei anderen beanspruchten Elementen beinhalten, wie diese
speziell ausgeführt
sind.