EP3251173B1

EP3251173B1 - Steckverbinderanordnung mit hülsenteil

Info

Publication number: EP3251173B1
Application number: EP16701257.4A
Authority: EP
Inventors: Martin Zebhauser; Gunnar AMBRECHT; Stephan Kunz
Original assignee: Rosenberger Hochfrequenztechnik GmbH and Co KG
Current assignee: Rosenberger Hochfrequenztechnik GmbH and Co KG
Priority date: 2015-01-30
Filing date: 2016-01-21
Publication date: 2021-05-26
Anticipated expiration: 2036-01-21
Also published as: CN107431289A; WO2016120006A1; JP2018508946A; US10103500B2; US20180026402A1; KR20170104510A; EP3251173A1; JP6621832B2; DE202015000753U1; CA2974390A1; CN107431289B

Description

Die Erfindung betrifft eine Steckverbinderanordnung mit einem Steckverbinder und einem daran angeschlossenen Kabel mit mindestens einem Aderpaar zur Übertragung eines differentiellen Signals, wobei die Adern des Aderpaars in einem ummantelten Kabelabschnitt einen ersten gegenseitigen Abstand X haben, in einem Verbreiterungsabschnitt in Richtung des Steckverbinders auseinanderlaufen und in einem Führungsabschnitt des Steckverbinders einen größeren zweiten gegenseitigen Abstand Y haben.
In dem Kabel verläuft mindestens ein Aderpaar zur Übertragung eines differentiellen Signals, wobei die Adern des Aderpaars im Inneren des Kabels einen ersten gegenseitigen Abstand haben. Dieser erste gegenseitige Abstand kann sich dadurch ergeben, dass das Aderpaar durch eine äußere Kabelschicht wie etwa einen Außenleiter (bspw. ein Drahtgeflecht oder ein Folienschirm), einen Isolator und/oder einen Schutzmantel o.dgl. ummantelt ist, der außen an dem Aderpaar anliegt und das Aderpaar unter dem ersten Abstand im Kabelinneren hält. Der gegenseitige Aderabstand wird dabei senkrecht zur Kabellängsrichtung zwischen den Zentren der beiden Adern gemessen. Die beiden Adern des Aderpaars laufen ausgehend von dem ummantelten Kabelabschnitt in Richtung auf den Steckverbinder in einem Verbreiterungsabschnitt auseinander, bis sie in einen Führungsabschnitt des Steckverbinders einlaufen, in dem sie einen zweiten gegenseitigen Abstand haben, der größer ist als der erste gegenseitige Abstand.
Der Steckverbinder hat ein steckseitiges Ende zum Verbinden des Steckverbinders mit einem Gegensteckverbinder und ein kabelseitiges Ende, an dem das Kabel bspw. durch Löten und/oder Crimpen befestigt ist. Die Adern des Aderpaars können innerhalb des Steckverbinders mit Innenleiter-Kontaktelementen des Steckverbinders elektrisch verbunden sein.
Das Kabel ist bspw. ein Twisted-Pair-Kabel mit einem oder mehreren paarweise miteinander verdrillten Aderpaaren, die jeweils zur Übertragung eines differentiellen Signals wie etwa eines Datensignals, Telekommunikationssignals, HF-Signals o.dgl. eingerichtet sind. Durch die Verdrillung kann ein besserer Schutz gegenüber äußeren Feldern erreicht werden. Alternativ weist das Kabel mehr als zwei differentielle Aderpaare auf und ist bspw. ein Sternviererkabel o.dgl.
Eine herkömmliche Steckverbinderanordnung 200 mit einem ein Aderpaar 222 aufweisenden Kabel 220, das an einen Steckverbinder 210 angeschlossen ist, ist in Fig. 1 dargestellt. Wie in der Figur deutlich gezeigt ist, weisen die Adern des Aderpaars 222 im Kabelinneren 232 einen ersten gegenseitigen Abstand X und im Inneren eines Isolatorteils 216 des Steckverbinders 210 einen zweiten gegenseitigen Abstand Y auf. Dazwischen laufen die beiden Adern des Aderpaars 222 in einem Verbreiterungsabschnitt 234 auseinander.
Aus der US 2006/0035514 A1 ist ein elektrischer Verbinder bekannt, der mit einem mehradrigen Kabel verbunden wird. Hierzu werden die Adern eines Kabels aus einem Isoliermantel heraus und mit zunehmendem gegenseitigem Abstand über einen Verbreiterungsabschnitt zu einem Führungsabschnitt geführt. Im Verbreiterungsabschnitt und im Führungsabschnitt ist ein dielektrisches Element vorgesehen, das jedoch lediglich im Führungsabschnitt eine geringe radiale Führung auf Kontaktstifte ausübt, die elektrisch und mechanisch mit den Adern des Kabels verbunden sind. Im Verbreiterungsabschnitt erfolgt keine radial Führung der vom Isoliermantel befreiten Adern des Kabels.
Aus der EP 0 238 316 A2 ist ein Steckverbinder für mehrere Leiter eines Kabels bekannt, wobei der Steckverbinder einen Abschluss sowie eine klemmende Halterung für die vom Isoliermantel des Kabels befreiten, jedoch einzeln jeweils elektrisch isolierten Leiter des Kabels zur Verfügung stellt. Hierbei ist ein Leiterträger vorgesehen, der eine zylindrische Form aufweist und an seinem Umfang in axialer Richtung verlaufende Nuten aufweist, die zur Aufnehme jeweils einer isolierten Leitung ausgebildet sind. An einem dem Kabel zugewandten Ende ist der Leiterträger sich konisch verjüngend ausgebildet. Der Leiterträger ist derart ausgebildet, dass dieser die Leitungen in den Nuten mit einem gegenseitigen Abstand führt, der größer ist als der gegenseitige Abstand der Leiter innerhalb des Isoliermantels des Kabels. Hierzu verlaufen die Leiter nach Verlassen des Isoliermantels des Kabels mit sich vergrößerndem gegenseitigen Abstand auseinander. In diesem Abschnitt, in dem die Leiter auseinander laufen, sind die Leiter lediglich in einem Teilabschnitt radial von innen gestützt, es erfolgt jedoch keine Führung der Leiter radial von außen.
Es hat sich herausgestellt, dass über eine solche herkömmliche Steckverbinderanordnung differentielle Datensignale in bestimmten Frequenzbereichen nicht optimal übertragen werden. Vielmehr können Reflexionen und andere Signalstörungen auftreten, die die Signalübertragung beeinträchtigen.
In Anbetracht der beschriebenen Probleme ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Signalübertragung an einem Übergang zwischen einem Kabel und einem Steckverbinder insbesondere im Hochfrequenzbereich zu verbessern und Störungen zu minimieren.
Diese Aufgabe wird durch eine Steckverbinderanordnung gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Bei einer Steckverbinderanordnung der o.g. Art ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass ein das Aderpaar in dem Verbreiterungsabschnitt zumindest teilweise umlaufendes Hülsenteil zum zumindest abschnittsweisen Ausüben von Druck von radial außen auf die Adern des Aderpaars in dem Verbreiterungsabschnitt vorgesehen ist, um den Abstand dazwischen zu verkleinern.
Die Erfindung geht auf die Erkenntnis zurück, dass der Wellenwiderstand bzw. die Impedanz sowohl im Inneren des Kabels als auch im Inneren des Steckverbinders durch die Geometrie bzw. die gegenseitige Anordnung der Adern des Aderpaars in Kombination mit dem dazwischen angeordneten Dielektrikum auf einen vorgegebenen und möglichst einheitlichen Wert eingerichtet ist, während an der Übergangsstelle zwischen dem Kabel und dem Steckverbinder abrupte Änderungen des Wellenwiderstands durch den sich hier ändernden Abstand zwischen den Adern und das sich verändernde Dielektrikum auftreten können. Solche abrupten Änderungen wie etwa Sprünge, Schwankungen und andere Unregelmäßigkeiten können zu den oben beschriebenen Störungen wie etwa Signalreflexionen führen. Deshalb ist es von Vorteil, den Bereich eines sich ändernden Aderabstands in Kabellängsrichtung zu verkürzen und die Aderpaargeometrie in diesem Bereich derart einzurichten, dass ein Sprung des Wellenwiderstands verringert oder vermieden wird. Dies gelingt erfindungsgemäß dadurch, dass die beiden Adern in dem Verbreiterungsabschnitt durch ein das Aderpaar umlaufendes Hülsenteil zum Verkleinern des Abstands dazwischen zusammengedrückt werden. Mit anderen Worten wird durch das Hülsenteil von radial außen ein Druck auf das Aderpaar ausgeübt, so dass der erste Aderabstand in Richtung auf den Führungsabschnitt des Steckverbinders auch dort noch weitergeführt wird, wo das Aderpaar nicht mehr durch eine Außenschicht des Kabels ummantelt ist.
Die erfindungsgemäße Steckverbinderanordnung kann geschirmt oder ungeschirmt eingerichtet sein. Bei einer geschirmten Steckverbinderanordnung weist zum einen das Kabel einen das Aderpaar umlaufenden Außenleiter wie etwa ein Drahtgeflecht und zum anderen der Steckverbinder ein Innenleiterkontakte umlaufendes Außenleiterteil wie etwa ein Außenleitergehäuse auf. In diesem Fall ist das Aderpaar vorzugsweise auch in dem Verbreiterungsabschnitt von einer Schirmung wie etwa einem metallischen Hülsenabschnitt des Steckverbinders umgeben. Im Falle einer ungeschirmten Steckverbinderanordnung weist das Kabel und/oder der Steckverbinder keinen Außenleiter bzw. kein Außenleiterteil auf.
Das Hülsenteil ist eine das Aderpaar vollständig umlaufende Hülse wie etwa eine geschlossene Zylindermantelhülse. Eine solche Hülse kann bei der Montage der Steckverbinderanordnung ausgehend von dem Kabel in Richtung auf den Führungsabschnitt geschoben werden, bis sie die im Verbreiterungsabschnitt auseinanderlaufenden Adern zumindest abschnittsweise zusammendrückt und dort formschlüssig und/oder kraftschlüssig gehalten ist. Das Hülsenteil kann auch aus zwei oder mehr miteinander verbundenen Hülsenschalen bestehen, die von verschiedenen Seiten auf das Aderpaar aufgesetzt sind.
Im Hinblick auf eine optimale Führung des durch das Hülsenteil verlaufenden Aderpaars hin zu dem Führungsabschnitt des Steckverbinders hat es sich als zweckmäßig erwiesen, dass das Hülsenteil eine bzgl. der Kabellängsrichtung schräge, insbesondere konische oder konvexe Innenfläche aufweist. Damit kann das Aderpaar exakt mit einem vorgesehenen Krümmungsmaß und/oder in einem gewünschten Verlauf auseinandergeführt werden, der sich im Hinblick auf einen möglichst konstanten Verlauf des Wellenwiderstands als sinnvoll erwiesen hat.
Vorzugsweise ist dabei der Innendurchmesser des Hülsenteils an dessen kabelseitigem Ende etwa an den ersten Abstand angepasst und an dessen steckverbinderseitigem Ende etwa an den zweiten Abstand angepasst. Bspw. hat das Hülsenteil an seinem kabelseitigen Ende etwa denselben Innendurchmesser wie eine Aderpaarummantelung in dem ummantelten Kabelabschnitt. Dieser Innendurchmesser kann dem ersten Abstand plus dem einfachen Aderdurchmesser entsprechen. Der Innendurchmesser des Hülsenteils an dessen steckverbinderseitigem Ende kann dem zweiten Abstand plus dem einfachen Aderdurchmesser entsprechen.
Mit anderen Worten ist das Hülsenteil vorzugsweise derart angeordnet und ausgeformt, dass die Adern nach dem Austritt aus dem ummantelten Kabelausschnitt mit im Wesentlichen dem ersten gegenseitigen Abstand bevorzugt parallel weiterverlaufen und dann in dem Verbreiterungsabschnitt mit verstärkter Krümmung in Richtung auf den Führungsabschnitt auseinanderlaufen, bis sie mit vergrößertem Abstand wiederum im Wesentlichen parallel in den Führungsabschnitt des Steckverbinders einlaufen.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Hülsenteil durch Druckeinwirkung von außen radial verformt, insbesondere an das Aderpaar angedrückt, bspw. verpresst oder vercrimpt, um dem Abstand zwischen den durch das Hülsenteil verlaufenden Adern des Aderpaars weiter zu verkleinern.
Um eine Beschädigung des Aderpaars bei einer Verformung des Hülsenteils durch radiale Druckeinwirkung zu vermeiden, hat es sich als zweckmäßig herausgestellt, einen ausgehend von dem Steckverbinder in den Verbreiterungsabschnitt hineinragenden und bevorzugt nichtleitenden Abstandhalter wie etwa einen Dorn vorzusehen, der zwischen den Adern des Aderpaars angeordnet ist und an den die Adern durch das Hülsenteil angedrückt sind. Durch den Dorn kann ein zu starkes Verformen des Hülsenteils und damit ein zu starkes Zusammendrücken der Adern verhindert werden. Ferner kann das Material des Dorns derart gewählt sein, dass sich im Verbreiterungsabschnitt ein vorgegebener Verlauf des Wellenwiderstands ergibt. Der Dorn kann dazu aus einem nichtleitenden Material wie etwa einem Kunststoffmaterial oder einem anderen Dielektrikum- bzw. Isolator-Werkstoff bestehen. Ein Dorn aus einem nichtleitenden Material hat den weiteren Vorteil, dass die beiden Adern beim Zusammendrücken nicht in elektrischen Kontakt kommen können, auch wenn die Aderisolierung im Verbreiterungsabschnitt abschnittsweise fehlen sollte.
Auch das Hülsenteil kann aus einem nichtleitenden Material wie etwa einem Kunststoffmaterial gebildet sein. Das Material des Hülsenteils kann derart gewählt sein, dass sich ein vorgegebener Verlauf des Wellenwiderstands im Verbreiterungsabschnitt ergibt.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das Kabel einen das Aderpaar umlaufenden Außenleiter wie etwa einen Drahtgeflecht- oder Folienschirm auf, der eine Abschirmung des mindestens einen Aderpaars bereitstellt. Im Hinblick auf eine fortlaufende Abschirmung bis hin zu dem steckseitigen Ende des Steckverbinders hat es sich als zweckmäßig erwiesen, dass auch der Steckverbinder ein Außenleiterteil bspw. in Form eines mit dem Außenleiter elektrisch verbundenen Außenleitergehäuses aus einem leitenden Werkstoff aufweist. Um eine Abschirmung auch in dem Übergangsbereich zwischen dem Kabel und dem Steckverbinder zu erhalten, kann das Außenleiterteil einen in Richtung auf das Kabel vorstehenden Hülsenabschnitt aufweisen, der das Aderpaar und das Hülsenteil in dem Verbreiterungsabschnitt umläuft und außen an dem Außenleiter des Kabels anliegt. Der vorzugsweise als Drahtgeflecht ausgebildete Außenleiter des Kabels ist vorzugsweise mit dem Außenleiterteil des Steckverbinders unmittelbar oder mittelbar verpresst oder vercrimpt. Dazu kann das Drahtgeflecht um eine am vorderen Ende des ummantelten Kabelabschnitts angebrachte Crimphülse herum umgeschlagen sein. Die Crimphülse bzw. der darum herum umgeschlagene Außenleiter bildet vorzugsweise das steckverbinderseitige Ende des ummantelten Kabelabschnitts.
Im Hinblick auf eine optimale elektrische Anpassung der geschirmten Steckverbinderanordnung auch in dem Übergangsbereich zwischen dem Kabel und dem Steckverbinder hat es sich als vorteilhaft erwiesen, dass das Hülsenteil zumindest an seinem kabelseitigen Ende etwa denselben Innendurchmesser hat wie der Außenleiter des Kabels, so dass es eine Schirmung des Aderpaars in Richtung auf den Steckverbinder fortsetzt. In diesem Fall ist das Hülsenteil aus einem elektrisch leitenden Werkstoff wie etwa aus Metall gebildet. Dieser Aspekt der Erfindung geht auf die Erkenntnis zurück, dass zum Erhalt eines in Kabellängsrichtung möglichst konstanten Wellenwiderstands ein im Wesentlichen konstanter Abstand zwischen dem Aderpaar und dem Außenleiter vorteilhaft ist. Eine Vergrößerung oder ein Sprung des Abstands zwischen Innenleiter und Außenleiter führt nämlich regelmäßig zu einem induktiven Bereich bzw. zu einem ungewollten Impedanzanstieg. Erfindungsgemäß wird durch das Hülsenteil die Schirmung ausgehend von dem vorderen axialen Ende des Außenleiters in etwa gleichbleibender Entfernung zu dem Aderpaar fortgeführt, so dass sich kein Impedanzsprung in diesem Bereich ergibt.
Ein stabiler Aufbau des Steckverbinders mit definiertem gegenseitigem Abstand der darin verlaufenden Aderabschnitte und Innenleiter-Kontaktelemente ist dadurch möglich, dass der Steckverbinder ein Isolatorteil mit quer zur Kabellängsrichtung beabstandeten Führungskanälen für die Adern des Aderpaars aufweist, durch die der Führungsabschnitt gebildet wird. In den Führungskanälen können die Adern des Aderpaars an ihren steckverbinderseitigen Enden jeweils mit den Innenleiter-Kontaktelementen des Steckverbinders verbunden, insbesondere vercrimpt sein.
Es hat sich herausgestellt, dass regelmäßig trotz des die Adern in dem Verbreiterungsabschnitt zusammendrückenden Hülsenteils der gegenseitige Abstand der Adern zumindest abschnittsweise noch immer zu groß ist, so dass eine optimale elektrische Anpassung an dem Übergang zwischen dem Verbreiterungsabschnitt und dem Führungsabschnitt des Steckverbinders noch nicht erreicht ist. Der Abstand zwischen den beiden Adern an diesem Übergang kann weiter verringert werden, indem die in den Führungsabschnitt hineinragenden vorderen Enden der Adern zumindest abschnittsweise jeweils von einer an den Verbreiterungsabschnitt angrenzenden Aderhülse aus einem elektrisch leitenden Material umlaufen werden. Die Aderhülsen stehen jeweils in elektrischem Kontakt mit dem Leiter der zugehörigen Ader und umlaufen die Ader vorzugsweise vollständig. Durch die den Aderdurchmesser jeweils vergrößernden Aderhülsen wird der Abstand zwischen den beiden Adern bzw. zwischen den beiden Aderleitern verringert, wodurch Variationen des Wellenwiderstandes in diesem Bereich weiter verringert werden können. Die Aderhülsen können auf den Aderleiter und/oder auf die Aderisolierung aufgecrimpt sein (ISO-Crimp). Ein Aufcrimpen auf die Aderisolierung führt zu einer besonders starken Verringerung des Abstands zwischen den beiden Aderleitern. Alternativ oder zusätzlich können die Adern mittels der Aderhülsen mit den Innenleiter-Kontaktelementen des Steckverbinders verbunden werden. Ferner kann durch die Aderhülsen auch der Abstand zwischen den einzelnen Adern und einem die Adern ggf. umlaufenden gemeinsamen Außenleiterteil verringert werden, wodurch der Verlauf des Wellenwiderstands über den Verbreitungsabschnitt hinweg weiter verbessert werden kann.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umläuft das dem Verbreiterungsabschnitt zugewandte Ende jeder Aderhülse die Aderisolierung, und das andere Ende jeder Aderhülse umläuft den Aderleiter unmittelbar, kontaktiert ihn elektrisch und verbindet ihn mit dem Innenleiter-Kontaktelement des Steckverbinders. Dabei ist vorzugsweise das dem Verbreiterungsabschnitt zugewandte Ende der Aderhülse außen an die Aderisolierung angecrimpt (ISO-Crimp), und das steckverbinderseitige Ende der Aderhülse ist an den Aderleiter angecrimpt. Dies führt zu einer besonders zugfesten Verbindung zwischen dem Aderpaar und den Innenleiter-Kontaktelementen des Steckverbinders unter optimaler elektrischer Anpassung.
In der nun folgenden Beschreibung wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert, in denen erfindungswesentliche und in der Beschreibung nicht näher herausgestellte Einzelheiten gezeigt sind. Dabei zeigt:

Fig. 1: eine herkömmliche Steckverbinderanordnung im Längsschnitt,
Fig. 2: eine erfindungsgemäße Steckverbinderanordnung im Längsschnitt,
Fig. 3: Reflexionsverluste von HF-Signalen in Abhängigkeit von der Signalfrequenz, wobei die HF-Signale durch die Steckverbinderanordnung geführt werden, und
Fig. 4: den Wellenwiderstand der Steckverbinderanordnung in Abhängigkeit von der Signallaufzeit bzw. in Abhängigkeit von der Position in Kabellängsrichtung L.

In den Figuren 1 und 2 sind eine herkömmliche (Fig. 1) und eine erfindungsgemäße (Fig. 2) Steckverbinderanordnung einander gegenübergestellt. Die in Fig. 2 gezeigte erfindungsgemäße Steckverbinderanordnung 100 besteht aus einem Steckverbinder 10 und einem daran zugfest befestigten Kabel 20 wie etwa einem geschirmten Twisted-Pair-Kabel oder einem Sternviererkabel mit zwei differentiellen Aderpaaren.
Das Kabel 20 ist an das kabelseitige Ende des Steckverbinders 10 angeschlossen, während ein Gegensteckverbinder 80 lösbar in das steckseitige Ende des Steckverbinders 10 eingesteckt ist.
Bei der dargestellten Ausführungsform ist das Kabel 20 ein geschirmtes Twisted-Pair-Kabel mit einem verdrillten Aderpaar 22, 24 und einem das Aderpaar 22, 24 umlaufenden Außenleiter 26, der in Form eines Drahtgeflechts gebildet sein kann. Im Kabelinneren verlaufen die beiden Adern 22, 24 entlang der Kabellängsrichtung L unter einem vorgegebenen Abstand X. Ein solches Kabel ist besonders gut zur Übertragung eines differentiellen Signals wie etwa eines HF-Signals, eines Datensignals, Telekommunikationssignals etc. geeignet. Wichtig im Hinblick auf die Vermeidung von Störungen wie etwa Reflexionen ist ein vorgegebener Impedanzverlauf über die gesamte Erstreckung der Steckverbinderanordnung in Kabellängsrichtung L. Insbesondere sind große Variationen oder Schwankungen des Wellenwiderstands, Impedanzsprünge etc. unerwünscht.
Das Kabel kann auch mehr als ein Aderpaar aufweisen. Bspw. weist das Kabel zwei oder mehr miteinander verseilte Aderpaare ggf. in Sternvierer-Anordnung auf, die zur Schirmung von einem gemeinsamen Außenleiter umlaufen sein können.
Nach dem Austritt aus einem ummantelten Kabelabschnitt 32 laufen die beiden Adern 22, 24 in einem Verbreiterungsabschnitt 34 auseinander, bis sie in einen Führungsabschnitt 36 des Steckverbinders 10 einlaufen. In dem Führungsabschnitt 36 sind die Adern 22, 24 jeweils in einem Führungskanal eines Isolartorteils 14 angeordnet, durch das ein vorgegebener größerer zweiter Abstand Y zwischen den beiden Adern 22, 24 sichergestellt wird. In dem Führungsabschnitt 36 sind die Adern 22, 24 jeweils mit Innenleiter-Kontaktelementen 16 des Steckverbinders 10 elektrisch verbunden. Die Innenleiter-Kontaktelemente 16 des Steckverbinders sind zum elektrischen Kontaktieren von Innenleiter-Gegenkontaktelementen des Gegensteckverbinders 80 eingerichtet.
In dem Verbreiterungsabschnitt 34, in dem die Adern 22, 24 des Aderpaars auseinanderlaufen, wird das Aderpaar zumindest teilweise von einem Hülsenteil 40 umlaufen, das von außen Druck auf die Adern ausübt und auf diese Weise den Abstand dazwischen verringert. Das Hülsenteil 40 kann eine zylinderförmige Außenfläche und eine im Wesentlichen konische Innenfläche 42 haben, wobei die konische Innenfläche eng an den Adern 22, 24 anliegt und diese zusammendrückt. Dazu kann das Hülsenteil 40 durch Druckausübung von außen verformt werden. Alternativ oder zusätzlich ist das Hülsenteil auf das Aderpaar aufgeklemmt. In dem Verbreiterungsabschnitt 34 ist zwischen den beiden Adern 22, 24 ein sich in Richtung des ummantelten Kabelabschnitts 32 verjüngender Abstandhalter 44 wie etwa ein Dorn vorgesehen, an den die beiden Adern 22, 24 von außen angedrückt werden. Die Außenfläche des Dorns 44 kann in ihrem Verlauf in Kabellängsrichtung L an die Innenfläche 42 des Hülsenteils 40 angepasst sein, so dass dazwischen passende Freiräume für die Adern 22, 24 gebildet sind. Der Dorn 44 besteht vorzugsweise aus einem nichtleitenden Material wie etwa einem dielektrischen Material. Dies hat sich zum einen im Hinblick auf einen gewünschten Impedanzverlauf und zum anderen zum Verhindern einer elektrischen Kontaktierung der beiden Adern 22, 24 als besonders zweckmäßig erwiesen. Der Dorn 44 kann integral mit dem Steckverbinder 10 verbunden sein. Bspw. ist der Dorn 44 an dem Isolatorteil 14 befestigt und steht von dort in den Verbreiterungsabschnitt 34 vor.
Der Innendurchmesser des steckverbinderseitigen Endes des Hülsenteils 40 ist etwa um die Differenz zwischen dem zweiten Abstand Y und dem ersten Abstand X größer als der Innendurchmesser des kabelseitigen Endes des Hülsenteils 40. Damit wird der im Kabelinneren vorhandene Aderabstand X durch das Hülsenteil 40 weiter in Richtung auf den Steckverbinder fortgeführt. Erst an der schräg nach außen verlaufenden Innenfläche 42 des Hülsenteils entlang verlaufen die Adern 22, 24 unter verstärkter Krümmung nach außen, bis sie in den Führungsabschnitt 36 einlaufen.
Bei einer ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform besteht das Hülsenteil aus einem nichtleitenden Werkstoff wie etwa Kunststoff. Bei einer alternativen erfindungsgemäßen Ausführungsform besteht das Hülsenteil aus einem leitenden Material wie etwa Metall. In diesem Fall kann das Hülsenteil 40 die Schirmung des Aderpaars im Anschluss an das steckverbinderseitige Ende des Außenleiters 26 des Kabels 20 fortführen. Bspw. grenzt das Hülsenteil 40 unmittelbar an das steckverbinderseitige Ende des Außenleiters 26 an.
Die Adern 22, 24 des Aderpaars weisen jeweils eine Aderhülse 60 auf, die angrenzend an den Verbreiterungsabschnitt 34 in dem Führungsabschnitt 36 angeordnet ist und die jeweilige Ader umläuft. Die Aderhülse 60 ist jeweils elektrisch mit dem zugehörigen Aderleiter verbunden. Hierdurch wird der Abstand zwischen den beiden Aderleitern am Übergang zwischen dem Verbreiterungsabschnitt 34 und dem Führungsabschnitt 36 weiter verringert.
Vorzugsweise ist die Aderhülse auf die Aderisolierung aufgecrimpt (ISO-Crimp) und/oder an den Aderleiter angecrimpt. Bei der in Fig. 2 gezeigten, besonders bevorzugten Ausführungsform ist das kabelseitige Ende der Aderhülse 60 jeweils auf die Aderisolierung aufgecrimpt, um den Abstand zwischen den Aderleitern zu verringern, und das andere Ende der Aderhülse 60 ist direkt an den Aderleiter angecrimpt, um diesen zugfest mit dem Innenleiter-Kontaktelement 16 zu verbinden.
In Fig. 3 sind Reflexionsverluste ("return loss") von Signalen in Abhängigkeit von der Signalfrequenz dargestellt. Bezugszeichen 310 kennzeichnet dabei Signale, die durch die in Fig. 1 gezeigte herkömmliche Steckverbinderanordnung geführt werden, und Bezugszeichen 320 kennzeichnet Signale, die durch die in Fig. 2 gezeigte erfindungsgemäße Steckverbinderanordnung geführt werden. Es ist deutlich erkennbar, dass im Frequenzbereich bis etwa 6 GHz, insbesondere zwischen 1,5 GHz und 6 GHz, wesentlich weniger Verluste bei Verwendung der erfindungsgemäßen Steckverbinderanordnung auftreten.
Die erheblichen Verbesserungen gehen darauf zurück, dass der Impedanzverlauf in Kabellängsrichtung L bei der erfindungsgemäßen Steckverbinderanordnung, die im Gegensatz zu der herkömmlichen Steckverbinderanordnung ein Hülsenteil 40 und Aderhülsen 60 mit ISO-Crimp umfasst, geringere Schwankungen aufweist.
Dies ist besonders deutlich aus Fig. 4 ersichtlich, die den Wellenwiderstand in Abhängigkeit von der Signallaufzeit bzw. in Abhängigkeit von der Position in Kabellängsrichtung L zeigt. Bezugszeichen 330 kennzeichnet die in Fig. 1 gezeigte herkömmliche Steckverbinderanordnung ohne Hülsenteil 40 und Aderhülsen 60, und Bezugszeichen 340 kennzeichnet die in Fig. 2 gezeigte erfindungsgemäße Steckverbinderanordnung.
Die Impedanz am steckseitigen Ende des Steckverbinders beträgt jeweils etwa 100 Ohm (vgl. Bezugszeichen 351) und die Impedanz im Kabelinneren beträgt jeweils etwa 99 Ohm (vgl. Bezugszeichen 354). Dazwischen durchläuft die Impedanz der herkömmlichen Steckverbinderanordnung 200 ein ausgeprägtes Maximum, das etwa im Bereich des Verbreiterungsabschnitts 234 liegt (vgl. Bezugszeichen 330). Dieses Maximum führt zu Signalstörungen und Reflexionen, wie sie aus Fig. 3 ersichtlich sind.
Dagegen weist die Impedanz der erfindungsgemäßen Steckverbinderanordnung 100 deutlich verringerte Schwankungen auf (vgl. Bezugszeichen 340). Der Bereich des ISO-Crimps ist jetzt etwas zu kapazitiv (vgl. Bezugszeichen 352) und der Übergang zwischen dem ummantelten Kabelabschnitt 32 und dem Verbreiterungsabschnitt 34 ist noch etwas zu induktiv (vgl. Bezugszeichen 353), wenn auch stark verbessert. Daher kompensieren sich diese beiden Effekte sehr gut für Frequenzen bis etwa 6 GHz, für noch höhere Frequenzen funktioniert dies weniger gut.
Eine weitere Verbesserung kann ggf. durch dünnwandigere Aderhülsen 60 und/oder einen kleineren Aderdurchmesser im Bereich des ISO-Crimps erreicht werden. Weiter sind die Adern im Verbreiterungsabschnitt 34 ggf. noch weiter zusammenzupressen. Ferner kann zusätzlich oder alternativ an einen Sterncrimp zum Ausüben eines noch größeren Drucks auf das Aderpaar gedacht werden.
Die Erfindung ist nicht auf die beschriebene Ausführungsform beschränkt. Bspw. kann das Kabel mehr als ein Aderpaar aufweisen. Ferner ist das Kabel nicht notwendigerweise geschirmt und weist nicht notwendigerweise einen Außenleiter auf. Das Hülsenteil kann ein separates Bauteil sein oder alternativ mit dem Steckverbinder verbunden oder darin integriert sein. Das Hülsenteil kann formschlüssig, kraftschlüssig und/oder stoffschlüssig mit dem Aderpaar verbunden sein.

Claims

Steckverbinderanordnung (100) mit einem Steckverbinder (10) und einem daran angeschlossenen Kabel (20) mit mindestens einem Aderpaar zur Übertragung eines differentiellen Signals, wobei die Adern (22, 24) des Aderpaars in einem ummantelten Kabelabschnitt (32) einen ersten gegenseitigen Abstand (X) haben, in einem Verbreiterungsabschnitt (34) in Richtung des Steckverbinders (10) auseinanderlaufen und in einem Führungsabschnitt (36) des Steckverbinders einen größeren zweiten gegenseitigen Abstand (Y) haben, gekennzeichnet durch ein das Aderpaar in dem Verbreiterungsabschnitt (34) zumindest teilweise umlaufendes Hülsenteil (40) zum zumindest abschnittsweisen Ausüben von Druck von radial außen auf die Adern (22, 24) des Aderpaars in dem Verbreiterungsabschnitt (34), um den Abstand dazwischen zu verkleinern, wobei das Hülsenteil (40) eine das Aderpaar vollständig umlaufende Hülse ist.
Steckverbinderanordnung nach Anspruch 1, wobei das Hülsenteil (40) eine bzgl. der Kabellängsrichtung (L) schräge, insbesondere konische oder konvexe Innenfläche (42) aufweist, wobei bevorzugt der Innendurchmesser des Hülsenteils (40) an dessen kabelseitigem Ende an den ersten Abstand (X) angepasst ist und an dessen steckverbinderseitigem Ende an den zweiten Abstand (Y) angepasst ist.
Steckverbinderanordnung nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Hülsenteil (40) derart angeordnet und geformt ist, dass die Adern (22, 24) nach dem Austritt aus dem ummantelten Kabelausschnitt (32) zunächst mit im Wesentlichen dem ersten gegenseitigen Abstand (X) weiterverlaufen und dann in dem Verbreiterungsabschnitt (34) mit erhöhter Krümmung in Richtung auf den Führungsabschnitt (36) auseinanderlaufen.
Steckverbinderanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Hülsenteil (40) durch Druckeinwirkung von außer radial verformt, insbesondere verpresst oder vercrimpt ist, um den Abstand zwischen den durch das Hülsenteil (40) verlaufenden Adern (42, 44) des Aderpaars weiter zu verkleinern.
Steckverbinderanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steckverbinderanordnung einen in den Verbreiterungsabschnitt (34) hineinragenden Abstandhalter (44) umfasst, der zwischen den Adern (22, 24) des Aderpaars angeordnet ist und an den die Adern (22, 24) durch das Hülsenteil (40) angedrückt sind.
Steckverbinderanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Hülsenteil (40) und/oder der Abstandhalter (44) aus einem nichtleitenden Material wie etwa einem Kunststoffmaterial gebildet ist.
Steckverbinderanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Kabel (20) einen das Aderpaar umlaufenden Außenleiter (26) aufweist und der Steckverbinder (10) ein mit dem Außenleiter (26) elektrisch verbundenes Außenleiterteil (12) wie etwa ein Außenleitergehäuse aufweist.
Steckverbinderanordnung nach Anspruch 7, wobei der vorzugsweise als Drahtgeflecht ausgebildete Außenleiter (26) mit dem Außenleiterteil (12) verpresst oder vercrimpt ist.
Steckverbinderanordnung nach Anspruch 7 oder 8, wobei das Hülsenteil (40) zumindest an seinem kabelseitigen Ende etwa denselben Innendurchmesser hat wie der Außenleiter (26) des Kabels und eine Schirmung des Aderpaars in Richtung auf den Steckverbinder (10) fortsetzt.
Steckverbinderanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Steckverbinder (10) ein Isolatorteil (14) mit quer zur Kabellängsrichtung beabstandeten Führungskanälen für die Adern (22, 24) des Aderpaars aufweist, wobei die Führungskanäle den Führungsabschnitt (36) bilden.
Steckverbinderanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Adern (22, 24) des Aderpaars an ihren steckverbinderseitigen Enden jeweils mit Innenleiter-Kontaktelementen (16) des Steckverbinders (10) verbunden, insbesondere vercrimpt sind.
Steckverbinderanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Adern (22, 24) in dem Führungsabschnitt (36) des Steckverbinders jeweils von einer an den Verbreiterungsabschnitt (34) angrenzenden Aderhülse (60) aus einem elektrisch leitenden Material umlaufen werden, zum Verringern des Abstands zwischen den Adern (22, 24).
Steckverbinderanordnung nach Anspruch 12, wobei das dem Verbreiterungsabschnitt (34) zugewandte Ende jeder Aderhülse (60) die Aderisolierung umläuft und/oder das andere Ende jeder Aderhülse (60) einen unisolierten Aderleiter umläuft und elektrisch kontaktiert, wobei bevorzugt beide Enden der Aderhülsen (60) jeweils an die Ader angepresst, insbesondere angecrimpt sind.