EP2828840A2 - Kontaktloser stecker - Google Patents

Kontaktloser stecker

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Publication number
EP2828840A2
EP2828840A2 EP13711373.4A EP13711373A EP2828840A2 EP 2828840 A2 EP2828840 A2 EP 2828840A2 EP 13711373 A EP13711373 A EP 13711373A EP 2828840 A2 EP2828840 A2 EP 2828840A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
connector
coupling surfaces
coupling
inverted signal
transmitting
Prior art date
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Granted
Application number
EP13711373.4A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP2828840B1 (de
Inventor
Nils Krumme
Herbert Weithmann
Holger Steffens
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Schleifring GmbH
Original Assignee
Schleifring und Apparatebau GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Schleifring und Apparatebau GmbH filed Critical Schleifring und Apparatebau GmbH
Publication of EP2828840A2 publication Critical patent/EP2828840A2/de
Application granted granted Critical
Publication of EP2828840B1 publication Critical patent/EP2828840B1/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08C—TRANSMISSION SYSTEMS FOR MEASURED VALUES, CONTROL OR SIMILAR SIGNALS
    • G08C17/00—Arrangements for transmitting signals characterised by the use of a wireless electrical link
    • G08C17/06—Arrangements for transmitting signals characterised by the use of a wireless electrical link using capacity coupling
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61G—COUPLINGS; DRAUGHT AND BUFFING APPLIANCES
    • B61G5/00—Couplings for special purposes not otherwise provided for
    • B61G5/06—Couplings for special purposes not otherwise provided for for, or combined with, couplings or connectors for fluid conduits or electric cables

Definitions

  • the invention relates to a contactless connector, in particular a contactless connector for high-frequency signals.
  • GB 2 149 548 A discloses a contactless electronic plug connector. Both capacitive coupling surfaces transmit an alternating signal to the power supply as well as data modulated thereon. A disadvantage of this arrangement is the low bandwidth.
  • EP 1 762 455 B1 discloses a central buffer coupling with an antenna for wireless signal transmission. It is transmitted here by means of a disc monopole antenna and signal on a carrier in the gigahertz range.
  • Disadvantage of this arrangement is the relatively complex circuit technology for modulation and demodulation of the signal, as well as the low relative bandwidth of the disc monopole antenna.
  • the invention has the object of providing a contactless plug or a contactless connector in such a way that high-frequency signals can be transmitted with high bandwidth.
  • the contact se connectors have a simple design with low manufacturing costs, which is both robust and reliable in the application.
  • the invention relates to a traction coupling device with a contactless plug.
  • Such Buchkupplungs sharpen are preferably used in rail vehicles such as trains, trams, etc.
  • the invention relates to a contactless plug for universal use, preferably in industrial plants, but with the exception for use in Switzerlandkupplungs sexualen.
  • the traction coupling devices relate in particular to automatic central buffer clutches for multi-unit rail vehicles, as disclosed, for example, in EP 1 762 455.
  • the connector has at least a few capacitive coupling surfaces, wherein these coupling surfaces are subjected to a differential signal.
  • a circuit arrangement with at least one transmitter and / or receiver, which is connected to the coupling surfaces.
  • a transmitter and a receiver are within the connector. This allows bidirectional signals to be transmitted.
  • the transmitter is connected to a few transmit coupling surfaces, while the receiver is connected to a few receiving coupling surfaces.
  • a first connector is now connected to a second connector.
  • the two connectors are the same structure.
  • the connectors can also be constructed differently, such as a plug and / or a socket. Again, the assignment between transmit coupling surfaces and receiving coupling surfaces is observed.
  • the coupling surfaces are electrically conductive surfaces on an insulating support, for example a printed circuit board. The effect of the coupling surfaces is based on a capacitive coupling of the surfaces.
  • the coupling surfaces are suitable for broadband signal transmission. So you do not have to be matched with their geometry to the signal to be transmitted.
  • the difference signal transmission eliminates the mass problems that otherwise occur in such arrangements. There is no separate ground connection necessary here.
  • the difference signal transmission itself is extremely robust and insensitive to interference. Similarly, the radiation of high-frequency energy in the room is relatively low.
  • the connector is hermaphroditic.
  • the connector is designed for transmitting differentiated signals.
  • a coupling surface for the non-inverted signal and a coupling surface for the inverted signal is provided for each signal.
  • the coupling surfaces between inverted and non-inverted signals can be interchanged.
  • the arrangement of the coupling surfaces preferably takes place in such a way that the capacitive influence of the neighboring surfaces is compensated.
  • the coupling surfaces of a connector are in a plane.
  • the coupling surfaces are designed as circular surface segments.
  • the coupling surfaces are point-symmetrical about a circle center. Alternatively, they may also be axisymmetric or mirror-symmetric, preferably axisymmetric over two axes.
  • the coupling surfaces are designed as rectangular, more preferably as square surfaces.
  • ground lines or ground areas are provided between the coupling surfaces and / or at the edge of the coupling surfaces.
  • magnets are provided for aligning the coupling surfaces.
  • a yoke made of a soft magnetic material can be used.
  • the coupling surfaces are arranged in different planes. This allows a polarization of the connector and allows a greater distance between the different coupling surfaces and thus leads to increased crosstalk attenuation.
  • the receiving coupling surfaces have a smaller area than the transmission coupling surfaces assigned to them.
  • the connectors and / or the coupling surfaces can be heated. This can take place, in particular, by means of resistors and / or PTCs, preferably on the rear side of the contact surfaces. This effectively prevents moisture from forming in the connectors.
  • a further advantageous embodiment of the invention is that the operating state of a connector is indicated by an LED, which preferably shines through the connector housing.
  • the spacing of the plug connectors or the sizes of the coupling surfaces or the signal strength are selected such that signal transmission is also possible by means of a film of water or ice film.
  • a contact of the contact surfaces can be prevented by the installation geometry of the connector.
  • this cover layer has the largest possible dielectric constant and preferably a high impact strength and a low wettability. It particularly preferably comprises PTFE, PEEK, epoxy or ceramic.
  • a further embodiment of the invention relates to a test connector, in each case a receiving coupling surface is connected to a transmission coupling surface. This allows a simple short-circuit test (loopback) to be performed.
  • a preferred application of the connector according to the invention is the transmission of information between two devices or between a device and an attachment.
  • This may be, for example, a railway coupling, a plug for implements such as snow groomers, tree plows, tractors, or even a plug to be serviced by industrial equipment.
  • Particularly advantageous such connectors are used in dusty and humid environments.
  • FIG. 1 shows a device according to the invention.
  • Figure 2 shows a simplified connector
  • Figure 3 shows the overall circuit of a connector.
  • Figure 4 shows the overall circuit of two interconnected connectors.
  • Figure 5 shows a connector with square coupling surfaces.
  • Figure 6 shows a connector with circular surface segments and ground surfaces.
  • Figure 7 shows a connector with self-adjusting coupling surfaces.
  • Figure 8 shows a connector with self-adjusting coupling surfaces.
  • Figure 9 shows a connector with an arrangement of the coupling surfaces in different planes.
  • FIG. 1 shows a device according to the invention.
  • a transmission coupling surface of the connector is shown schematically.
  • the connector is preferably executed here round, so that the coupling surfaces lie on a circular surface.
  • pairs of coupling surfaces are provided, which are electrically connected to one another and which are arranged mirror-symmetrically over the center of the circular area.
  • the coupling surfaces 10 and 11 are positive (TX +) as transmission coupling surfaces with the transmission Signal and the coupling surfaces 12 and 13 as transmit coupling surfaces negatively (TX-) occupied with the invested transmission signal.
  • the coupling surfaces 20 and 21 serve as receiving coupling surfaces positive (RX +) for receiving the signal and the coupling surfaces 22 and 23 as receiving coupling surfaces negative (RX-) to the reception of the inverted signal.
  • the mutually corresponding coupling surfaces (10 and 11), (12 and 13), (20 and 21), (22 and 23) are each arranged point-symmetrically with respect to the center of the circular area.
  • the arrangement of the coupling surfaces on a circular area results in a planar built-connector, which makes it particularly simple and robust.
  • the connectors for contacting about two axes, in the drawing for example, the horizontal and the vertical axis, tilted.
  • FIG. 2 shows a simplified connector, in which only the coupling surfaces 10,12 and 20,22 are provided. This results in comparison to the previous connector a simplified structure.
  • the plug connectors can be tilted around an axis for contacting, for example the vertical axis in the drawing.
  • the overall circuit of a connector is shown.
  • the two receiving coupling surfaces 20, 22 are connected to a receiver 32.
  • the signals of the receiver 32 may be routed to the output via an optional converter 31 or driver.
  • Signals from the input of the connector are routed to a transmitter 33 via an optional converter or amplifier. This feeds the transmission coupling surfaces 10 and 12th
  • FIG. 4 shows the entire circuit of two interconnected plug connectors.
  • the connector 30 on the right side is connected to a connector 30 'on the left side.
  • the signals of an input 34 are fed via a transmitter 33 to a transmission coupling surface 10 for positive signals and to a transmission coupling surface 12 for negative signals.
  • the Connector 30 'running on the left side the signals of an input 34 'via a transmitter 33' to a transmission coupling surface 10 'for positive signals and fed to a transmission coupling surface 12' for negative signals.
  • the transmission coupling surfaces 10 'and 12' are coupled to the receiving coupling surfaces 20 and 22.
  • the transmission coupling surfaces 10 and 12 are coupled to the receiving coupling surfaces 20 'and 22', whose signals are evaluated by a receiver 32 'and output via an output 35'.
  • FIG. 5 shows a connector with square coupling surfaces.
  • the two transmission coupling surfaces 10, 12 of a first connector are surrounded by a ground plane 36.
  • the opposite receiving coupling surfaces 20,22 of a second connector are smaller in area than the transmitting coupling surfaces of the first connector.
  • the receiving coupling surfaces can be displaced by the dimension 41 in both directions along a first axis (X-axis) and by the dimension 42 in both directions along a second axis (Y-axis), while still covering the entire surface of the transmission coupling surfaces are covered and thus the coupling capacity or the coupling factor remains unaffected.
  • This arrangement thus allows a relatively high tolerance of the position of two connectors to each other.
  • two of the arrangements shown here are to be used in the reverse direction.
  • FIG. 6 shows a further plug connector with circular area segments and ground areas.
  • the transmission coupling surfaces 10,11, 12,13 are opposite receiving coupling surfaces 20,21, 22,23.
  • the transmission coupling surfaces are surrounded by a ground plane. This results in a rotationally symmetrical arrangement, wherein positional tolerances are permissible both laterally in two axes and in rotation.
  • a connector with Zwangssymmetrierindern coupling surfaces is disclosed.
  • the coupling surfaces 12 and 13 and 10 and 11 of a second connector are connected in parallel. They cover the underlying corresponding coupling surfaces of a first connector and the ground surface, which encloses the coupling surfaces of the first connector.
  • FIG. 8 shows two plug connectors with self-adjusting coupling surfaces.
  • the coupling surfaces 10 and 20 or 10 'and 20' are arranged on carriers such as printed circuit boards 50 and 50 '.
  • permanent magnets 51, 52 and 51 ', 52' are connected to the carriers so that they align with each other as the magnets approach each other.
  • means are still provided for limiting the path of movement within the plug.
  • a means for storage or damping such as a liquid, particularly preferably an oil in the interior of the connector. This can also improve the thermal dissipation.
  • the coupling surfaces within the connectors can be aligned by magnets. The exact position of the connectors themselves to each other is irrelevant.
  • FIG. 9 shows a plug connector with an arrangement of the coupling surfaces in different planes.
  • the crosstalk attenuation can be significantly improved.
  • a polarization of the connector and thus a mechanical protection against incorrect insertion can be achieved.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Details Of Connecting Devices For Male And Female Coupling (AREA)
  • Near-Field Transmission Systems (AREA)
  • Coupling Device And Connection With Printed Circuit (AREA)

Abstract

Ein Steckverbinder zur Übertragung hochfrequenter Signale umfasst wenigstens ein paar Koppelflächen zur differenziellen Übertragung eines nicht invertierten Signals sowie eines invertierten Signals. Weiterhin umfasst der Steckverbinder wenigstens einen Sender sowie einen Empfänger. Um einen kompakten Steckverbinder, der symmetrisch aufgebaut ist mit optimalen Übertragungseigenschaften zu erhalten, werden bei diesem die Koppelflächen punktsymmetrisch aufgebaut.

Description

Kontaktloser Stecker
Technisches Gebiet Die Erfindung betrifft einen kontaktlosen Steckverbinder, insbesondere einen kontaktlosen Steckverbinder für hochfrequente Signale.
Stand der Technik
In der GB 2 149 548 A ist ein Kontaktloser elektronischer Steckverbinder offen- bart. Es werden hier über kapazitive Koppelflächen sowohl ein Wechselsignal zur Energieversorgung als auch darauf moduliert Daten übertragen. Nachteilig an dieser Anordnung ist die geringe Bandbreite.
In der EP 1 762 455 Bl ist eine Mittelpufferkupplung mit einer Antenne zur drahtlosen Signalübertragung offenbart. Es wird hier mittels einer Scheibenmo- nopolantenne and Signal auf einem Träger im Gigahertz Bereich übertragen.
Nachteil dieser Anordnung ist die relativ komplexe Schaltungstechnik zur Modulation und Demodulation des Signals, sowie die geringe relative Bandbreite der Scheibenmonopolantenne.
Darstellung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen kontaktlosen Stecker bzw. eine kontaktlose Steckverbindung derart auszugestalten, dass hochfrequente Signale mit hoher Bandbreite übertragen werden können. Gleichzeitig soll der kontaktio- se Steckverbinder eine einfache Bauform mit geringen Herstellungskosten haben, welche gleichzeitig robust und zuverlässig in der Anwendung ist.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung nach den unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unter- ansprüchen angegeben.
Die Erfindung betrifft eine Zugkupplungseinrichtung mit einem kontaktlosen Stecker. Derartige Zugkupplungseinrichtungen werden bevorzugt bei Schienenfahrzeugen wie Eisenbahnzügen, Trambahnen etc. eingesetzt. Weiterhin betrifft die Erfindung einen kontaktlosen Stecker zum universellen Einsatz, bevorzugt in In- dustrieanlagen, jedoch mit Ausnahme zum Einsatz in Zugkupplungseinrichtungen.
Die Zugkupplungseinrichtungen beziehen sich insbesondere auf automatische Mittelpufferkupplungen für mehrgliedrigen Schienenfahrzeuge, wie sie beispielsweise in der EP 1 762 455 offenbart sind.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist der Steckverbinder wenigstens ein paar kapazitive Koppelflächen auf, wobei diese Koppelflächen mit einem Differenzsignal beaufschlagt werden. Bevorzugt ist innerhalb des Steckverbinders eine Schaltungsanordnung mit wenigstens einem Sender und/oder Empfänger, welcher mit den Koppelflächen verbunden ist. Besonders bevorzugt sind innerhalb des Steckverbinders ein Sender und ein Empfänger. Damit können bidirektional Signale übertragen werden. So ist der Sender mit einem paar Sendekoppelflächen verbunden, während der Empfänger mit einem paar Empfangskoppelflächen verbunden ist. Zur Signalübertragung wird nun ein erster Steckverbinder mit einem zweiten Steckverbinder verbunden. Bevorzugterweise sind die beiden Steckverbinder gleich aufgebaut. Hierzu ist eine entsprechende Anordnung der Sendekoppelflächen und der Empfangskoppelflächen notwendig, um von einer Sendekoppelfläche des ersten Steckverbinders zu einer Empfangskoppelfläche des zweiten Steckverbinders und umgekehrt Signale zu übertragen. Alternativ können die Steckverbinder auch unterschiedlich aufgebaut sein, beispielsweise wie einen Stecker und/oder eine Buchse. Auch hierbei ist die Zuordnung zwischen Sendekoppelflächen und Empfangskoppelflächen zu beachten. Grundsätz- lieh sind die Koppelflächen elektrisch leitfähige Flächen auf einem isolierenden Träger, beispielsweise einer Leiterplatte. Die Wirkung der Koppelflächen basiert auf einer kapazitiven Verkopplung der Flächen. Die Koppelflächen sind zur breit- bandigen Signalübertragung geeignet. Sie müssen also nicht mit ihre Geometrie auf das zu übertragende Signal abgestimmt werden. Durch die Differenzsignal- Übertragung entfallen die Masseprobleme, welche sonst bei derartigen Anordnungen auftreten. Es ist hier keine separate Masseverbindung notwendig. Die Differenz Signalübertragung selbst ist äußerst robust und unempfindlich gegen Störungen. Ebenso ist die Abstrahlung hochfrequenter Energie in den Raum relativ gering. Besonders bevorzugt ist der Steckverbinder hermaphroditisch.
Besonders bevorzugt ist der Steckverbinder zur Übertragung differenzierter Signale ausgelegt. Hierbei ist für jedes Signal eine Koppelfläche für das nicht invertierte Signal sowie eine Koppelfläche für das invertierte Signal vorgesehen. Grundsätzlich können die Koppelflächen zwischen invertierten und nicht inver- tierten Signalen vertauscht werden.
Bevorzugt erfolgt die Anordnung der Koppelflächen so, dass der kapazitive Ein- fluss der Nachbarflächen kompensiert wird.
Besonders bevorzugt befinden sich die Koppelflächen eines Steckverbinders in einer Ebene. Bevorzugt sind die Koppelflächen als Kreisflächensegmente ausgeführt. Besonders bevorzugt sind die Koppelflächen punktsymmetrisch um einen Kreismittelpunkt ausgeführt. Alternativ können sie auch achsensymmetrisch bzw. spiegelsymmetrisch, bevorzugt achsensymmetrisch über zwei Achsen sein.
In einer alternativen Ausführungsform sind die Koppelflächen als rechteckige, besonders bevorzugt als quadratische Flächen ausgeführt.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind Masseleitungen bzw. Masseflächen zwischen den Koppelflächen und/oder am Rand der Koppelflächen vorgesehen.
In der weiteren vorteilhaften Ausführungsform sind Magnete zur Ausrichtung der Koppelflächen vorgesehen. Zur besseren Steuerung des magnetischen Flusses kann auch noch ein Joch aus einem weichmagnetischen Material verwendet werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung sind die Koppelflächen in unterschiedlichen Ebenen angeordnet. Dies erlaubt eine Polarisierung des Steckver- binders und ermöglicht einen größeren Abstand zwischen den unterschiedlichen Koppelflächen und führt somit zu einer erhöhten Übersprechdämpfung.
Weiterhin ist es besonders bevorzugt, wenn die Empfangskoppelflächen eine kleinere Fläche als die ihnen zugeordneten Sendekoppelflächen aufweisen.
Dadurch können Störungen auf die Empfangskoppelflächen wesentlich reduziert werden. Zudem wird eine Toleranz gegenüber Positionsabweichungen der Empfangskoppelflächen gegenüber den Sendekoppelflächen erreicht.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung können die Steckverbinder und/oder die Koppelflächen beheizt werden. Dies kann insbesondere durch Widerstände und/oder PTCs bevorzugt auf der Rückseite der Kontaktflächen erfol- gen. Damit kann wirkungsvoll eine Feuchtigkeitsbildung in den Steckern verhindert werden. Eine weitere vorteilhafte Ausführung der Erfindung besteht darin, dass der Betriebszustand eines Steckverbinders durch eine LED angezeigt wird, welche bevorzugt durch das Steckverbindergehäuse hindurchscheint.
Es ist weiterhin vorteilhaft, wenn der Abstand der Steckverbinder, bzw. die Grö- ßen der Koppelflächen bzw. die Signalstärke derart gewählt werden, dass auch durch einen Wasserfilm oder Eisfilm eine Signalübertragung möglich ist.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann eine Berührung der Kontaktflächen durch die Einbaugeometrie des Steckverbinders verhindert werden.
Weiterhin ist es vorteilhaft wenn die Koppelflächen zum Schutz vor Umweltein- flüssen durch eine Deckschicht, welche beispielsweise aufgeklebt und/oder laminierten sein kann, geschützt werden. Hierbei hat diese Deckschicht eine möglichst große Dielektrizitätskonstante sowie bevorzugt eine hohe Schlagfestigkeit und eine geringe Benetzungsfähigkeit. Besonders bevorzugt umfasst sie PTFE, PEEK, Epoxy oder Keramik. Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung betrifft einen Test-Steckverbinder, bei dem jeweils eine Empfangskoppelfläche mit einer Sendekoppelfläche verbunden ist. Damit kann ein einfacher Kurzschlusstest (Loopback) durchgeführt werden.
Eine bevorzugte Anwendung der erfindungsgemäße Steckverbinder liegt in der Übertragung von Informationen zwischen zwei Geräten bzw. zwischen einem Gerät und einem Anbauteil. Dies kann beispielsweise eine Eisenbahnkupplung, ein Stecker für Arbeitsgeräte wie Pistenraupen, Baumrücker, Traktoren, oder aber auch ein Stecker um Industriegeräte zu warten sein. Besonders vorteilhaft sind derartige Steckverbinder in staubigen und feuchten Umgebungen einsetzbar. Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen exemplarisch beschrieben. Figur 1 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung.
Figur 2 zeigt einen vereinfachten Steckverbinder.
Figur 3 zeigt die Gesamtschaltung eines Steckverbinders.
Figur 4 zeigt die Gesamtschaltung zweier miteinander verbundener Steckverbinder. Figur 5 zeigt einen Steckverbinder mit quadratischen Koppelflächen.
Figur 6 zeigt einen Steckverbinder mit Kreisflächensegmenten und Masseflächen.
Figur 7 zeigt einen Steckverbinder mit selbstjustierenden Koppelflächen.
Figur 8 zeigt einen Steckverbinder mit selbst justierenden Koppelflächen.
Figur 9 zeigt einen Steckverbinder mit einer Anordnung der Koppelflächen in unterschiedlichen Ebenen.
In Figur 1 ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung dargestellt. Hierbei ist nur schematisch eine Sendekoppelfläche des Steckverbinders gezeigt. Der Steckverbinder ist hier bevorzugt rund ausgeführt, so dass die Koppelflächen auf einer Kreisfläche liegen. Es sind jeweils Paare von Koppelflächen vorgesehen, welche elektrisch miteinander verbunden sind und die spiegelsymmetrisch über den Kreisflächenmittelpunkt zueinander angeordnet sind. So sind beispielsweise die Koppelflächen 10 und 11 als Sendekoppelflächen positiv (TX+) mit dem Sende- Signal und die Koppelflächen 12 und 13 als Sendekoppelflächen negativ (TX-) mit dem investierten Sendesignal belegt. Zum Empfang dienen die Koppelflächen 20 und 21 als Empfangskoppelflächen positiv (RX+) zum Empfang des Signals und die Koppelflächen 22 und 23 als Empfangskoppelflächen negativ (RX-) zum Emp- fang des invertierten Signals. Bevorzugt sind die einander entsprechenden Koppelflächen (10 und 11), (12 und 13), (20 und 21), (22 und 23) jeweils punktsymmetrisch bezogen auf den Mittelpunkt der Kreisfläche angeordnet. Durch die Anordnung der Koppelflächen auf einer Kreisfläche ergibt sich ein planare aufbaute Steckverbinders, wodurch dieser besonders einfach und robust wird. Hier können die Steckverbinder zur Kontaktierung um zwei Achsen, in der Zeichnung beispielsweise die horizontale und die vertikale Achse, gekippt werden.
Die Figur 2 zeigt einen vereinfachten Steckverbinder, bei dem nur die Koppelflächen 10,12 und 20,22 vorgesehen sind. Hierbei ergibt sich gegenüber dem vorhergehenden Steckverbinder ein vereinfachter Aufbau. Hier können die Steck- verbinder zur Kontaktierung um eine Achse, in der Zeichnung beispielsweise die vertikale Achse, gekippt werden.
In der Figur 3 ist die Gesamtschaltung eines Steckverbinders dargestellt. Die beiden Empfangskoppelflächen 20,22 sind mit einem Empfänger 32 verbunden. Die Signale des Empfängers 32 können über einen optionalen Konverter 31 oder Treiber an den Ausgang geleitet werden. Signale vom Eingang des Steckverbinders werden über einen optionalen Konverter oder Verstärker an einen Sender 33 geführt. Dieser speist die Sendekoppelflächen 10 und 12.
Die Figur 4 zeigt die gesamte Schaltung zweier miteinander verbundener Steckverbinder. Der Steckverbinder 30 auf der rechten Seite ist mit einem Steckver- binder 30' auf der linken Seite verbunden. Die Signale eines Eingangs 34 werden über einen Sender 33 zu einer Sendekoppelfläche 10 für positive Signale sowie zu einer Sendekoppelfläche 12 für negative Signale geführt. Entsprechend ist der Steckverbinder 30' auf der linken Seite ausgeführt. Hier werden die Signale eines Eingangs 34' über einen Sender 33' zu einer Sendekoppelfläche 10' für positive Signale zu sowie zu einer Sendekoppelfläche 12' für negative Signale geführt. Hierbei sind die Sendekoppelflächen 10' und 12' mit den Empfangskoppelflächen 20 und 22 verkoppelt. Ebenso sind die Sendekoppelflächen 10 und 12 mit den Empfangskoppelflächen 20' und 22' verkoppelt, deren Signale von einem Empfänger 32' ausgewertet und über einen Ausgang 35' ausgegeben werden.
In der Figur 5 ist ein Steckverbinder mit quadratischen Koppelflächen dargestellt. Die beiden Sendekoppelflächen 10,12 eines ersten Steckverbinders sind von ei- ner Massefläche 36 umgeben. Die gegenüberliegenden Empfangskoppelflächen 20,22 eines zweiten Steckverbinders sind in der Fläche kleiner als die Sendekoppelflächen des ersten Steckverbinders. Wie dargestellt, können die Empfangskoppelflächen um das Maß 41 in beiden Richtungen entlang einer ersten Achse (X-Achse) sowie um das Maß 42 in beiden Richtungen entlang einer zweiten Ach- se (Y-Achse) verschoben werden, wobei sie immer noch ganzflächig von den Sendekoppelflächen überdeckt werden und somit die Koppelkapazität bzw. der Koppelfaktor unbeeinflusst bleibt. Diese Anordnung erlaubt somit eine relativ hohe Toleranz der Lage zweier Steckverbinder zueinander. Für einen bidirektionalen Steckverbinder sind zwei der hier gezeigten Anordnungen in umgekehrter Richtung zu verwenden. Grundsätzlich ist es bevorzugt, die Empfangskoppelflächen kleiner als die Sendekoppelflächen zu machen, um ein gutes Signal/Rauschverhältnis am Empfänger zu erhalten. Für eine geringe Störabstrah- lung ist es bevorzugt, die Sendekoppelflächen kleiner als die Empfangskoppelflächen zu machen. Grundsätzlich kann zumindest eine der Flächen nahezu beliebig klein gemacht werden, solange das zu übertragende Signal ausreichend groß ist. Es können auch insbesondere spitzenförmige Kontaktstifte zur Kontaktierung wenigstens einer der Flächen eingesetzt werden. In der Figur 6 ist ein weiterer Steckverbinder mit Kreisflächensegmenten und Masseflächen dargestellt. Den Sendekoppelflächen 10,11, 12,13 stehen Empfangskoppelflächen 20,21, 22,23 gegenüber. Die Sendekoppelflächen sind von einer Massefläche umgeben. Hier ergibt sich eine rotationssymmetrische Anord- nung, wobei Lagetoleranzen sowohl lateral in zwei Achsen als auch rotatorisch zulässig sind.
In der Figur 7 ist ein Steckverbinder mit Zwangssymmetrierindern Koppelflächen offenbart. Hier sind jeweils die Koppelflächen 12 und 13 sowie 10 und 11 eines zweiten Steckverbinders parallel geschaltet. Sie überdecken die darunter liegen- den entsprechenden Koppelflächen eines ersten Steckverbinders sowie die Massefläche, welche die Koppelflächen des ersten Steckverbinders umschließt. Ergibt sich nun eine parallele Verschiebung der beiden Steckverbinder gegeneinander, so wird beispielsweise die Überdeckung der Koppelflächen 12 mit der Massefläche größer, während die Überdeckung der Koppelflächen 13 mit der Massefläche im gleichen Maße abnimmt. Somit tritt eine Kompensation ein.
Die Figur 8 zeigt zwei Steckverbinder mit selbst justierenden Koppelflächen. Die Koppelflächen 10 und 20 bzw. 10' und 20' sind auf Trägern wie beispielsweise Leiterplatten 50 bzw. 50' angeordnet. Weiterhin sind Permanentmagnete 51,52 sowie 51', 52' mit den Trägern verbunden, so dass sich diese bei Annäherung der Magnete aneinander ausrichten. Bevorzugt sind noch Mittel zur Begrenzung des Weges der Bewegung innerhalb des Steckers vorgesehen. Vorteilhafterweise ist auch noch ein Mittel zur Lagerung bzw. Dämpfung wie beispielsweise eine Flüssigkeit, besonders bevorzugt ein Öl im Inneren des Steckverbinders. Dies kann auch die thermische Ableitung verbessern. Wie hier beschrieben, können die Koppelflächen innerhalb der Steckverbinder durch Magnete ausgerichtet werden. Dabei spielt die exakte Position der Steckverbinder selbst zueinander keine Rolle. Alternativ hierzu bzw. zusätzlich können die Steckverbinder selbst auch durch Magnete ausgerichtet werden. Die Figur 9 zeigt einen Steckverbinder mit einer Anordnung der Koppelflächen in unterschiedlichen Ebenen. Hierdurch kann die Übersprechdämpfung deutlich verbessert werden. Zudem kann auch eine Polarisierung des Steckverbinders und somit ein mechanischer Schutz gegenüber falschem Stecken erreicht werden.
Bezugszeichenliste
10, 11 Sendekoppelfläche positiv TX+
12, 13 Sendekoppelfläche negativ TX-
20, 21 Empfangskoppelfläche positiv RX+
22, 23 Empfangskoppelfläche negativ RX-
30 Steckverbinder
31 Konverter
32 Empfänger
33 Sender
34 Eingang
35 Ausgang
36 Masse
41 Verschiebung in X-Richtung
42 Verschiebung in Y-Richtung
50 Träger
51, 52 Magnete

Claims

Patentansprüche
1. Steckverbinder (30) zur Übertragung hochfrequenter Signale umfassend wenigstens ein paar Koppelflächen (10,12) zur differenziellen Übertragung eines nicht invertierten Signals sowie eines invertierten Signals,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Koppelflächen punktsymmetrisch ausgeführt sind.
2. Hermaphroditischer Steckverbinder (30) zur Übertragung hochfrequenter Signale umfassend wenigstens ein paar Koppelflächen (10,12) zur differenziellen Übertragung eines nicht invertierten Signals sowie eines invertierten Signals,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Koppelflächen achsensymmetrisch ausgeführt sind.
3. Steckverbinder (30) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Steckverbinder rund ist und die Koppelflächen als Kreisflächensegmente ausgeführt sind, wobei wenigstens ein erstes Kreisflächensegment dem nicht invertierten Signal und wenigstens ein zweites Kreisflächensegment dem invertierten Signal zugeordnet ist, wobei die Koppelflächen punktsymmetrisch zum Kreismittelpunkt des runden Steckverbinders angeordnet sind.
4. Steckverbinder (30) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Steckverbinder wenigstens einen Sender (33) und/oder einen Empfänger (32) umfasst, der mit Koppelflächen verbunden ist.
5. Steckverbinder (30) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
zur Übertragung eines nicht invertierten Signals sowie eines invertierten Signals jeweils zwei parallel geschaltete Koppelflächen vorgesehen sind.
6. Steckverbinder (30) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Koppelflächen auf unterschiedlichen Ebenen angeordnet sind.
7. Steckverbinder (30) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Koppelflächen auf einer Kreisfläche angeordnet sind.
8. Steckverbinder (30) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Koppelflächen Segmente einer Kreisfläche sind.
9. Steckverbinder (30) nach einem der Ansprüche 1, 2, 4, 5, oder 6,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Koppelflächen Rechtecke sind.
10. Steckverbinder (30) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Sendekoppelflächen (10,11, 12,13) eine größere Fläche als die Empfangskoppelflächen (20,21, 22,23) aufweisen.
11. Steckverbinder (30) nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Sendekoppelflächen (10,11, 12,13) eine kleinere Fläche als die Empfangskoppelflächen (20,21, 22,23) aufweisen.
12. Steckverbinder (30) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
Magnete zur Ausrichtung zweier Steckverbinder vorgesehen sind.
13. Kupplung für Schienenfahrzeuge mit wenigstens einem Steckverbinder nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche.
14. Steckverbinder (30) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, nicht für den Einsatz in Kupplungen von Schienenfahrzeugen.
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