EP3353905A1 - Steckverbindung - Google Patents

Steckverbindung

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Publication number
EP3353905A1
EP3353905A1 EP16774614.8A EP16774614A EP3353905A1 EP 3353905 A1 EP3353905 A1 EP 3353905A1 EP 16774614 A EP16774614 A EP 16774614A EP 3353905 A1 EP3353905 A1 EP 3353905A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
contacts
plug
socket
contact
pin
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Withdrawn
Application number
EP16774614.8A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Gert Havermann
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.)
Harting Electric Stiftung and Co KG
Original Assignee
Harting Electric GmbH and Co KG
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 Harting Electric GmbH and Co KG filed Critical Harting Electric GmbH and Co KG
Publication of EP3353905A1 publication Critical patent/EP3353905A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R13/00—Details of coupling devices of the kinds covered by groups H01R12/70 or H01R24/00 - H01R33/00
    • H01R13/646—Details of coupling devices of the kinds covered by groups H01R12/70 or H01R24/00 - H01R33/00 specially adapted for high-frequency, e.g. structures providing an impedance match or phase match
    • H01R13/6461—Means for preventing cross-talk
    • H01R13/6471—Means for preventing cross-talk by special arrangement of ground and signal conductors, e.g. GSGS [Ground-Signal-Ground-Signal]
    • 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
    • B61G5/10—Couplings for special purposes not otherwise provided for for, or combined with, couplings or connectors for fluid conduits or electric cables for electric cables
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R13/00—Details of coupling devices of the kinds covered by groups H01R12/70 or H01R24/00 - H01R33/00
    • H01R13/02—Contact members
    • H01R13/04—Pins or blades for co-operation with sockets
    • H—ELECTRICITY
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    • H01R13/02—Contact members
    • H01R13/10—Sockets for co-operation with pins or blades
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B5/00—Near-field transmission systems, e.g. inductive or capacitive transmission systems
    • H04B5/20—Near-field transmission systems, e.g. inductive or capacitive transmission systems characterised by the transmission technique; characterised by the transmission medium
    • H04B5/22—Capacitive coupling

Definitions

  • the invention relates to a connector according to the preamble of independent claim 1.
  • Such plug connections are required, for example, in the railway sector in order to transmit signals, in particular high-frequency digital signals, within so-called train couplings between individual wagons.
  • connectors are frequently used, in particular within train couplings, which, for example, transmit correspondingly high-frequency digital signals between the individual wagons of a train.
  • a fundamental difficulty is that conventional connector contacts used to transmit such high data rates, e.g. 1 GHz and more, are suitable, usually lacking the necessary robustness for use in such Switzerlandkopplept. Furthermore, a particularly high number of mating cycles is required for train couplings of the railway companies, which is very difficult to meet with such contacts.
  • the document DE 20 2013 006 512 U1 describes an electrical train coupling with transfer contacts, which is characterized in that it has an exchangeable exchange unit, through the multiple replacement eg 150 000 mating cycles and more are easily accessible.
  • the document EP 2 093 122 B1 describes a wireless communication between train parts via a WLAN coupling.
  • WO 2012/034630 A1 discloses a magnetic electric coupling for railways, comprising a first and a second coupling part, each having a carrier, in which a plurality of coupling parts are arranged, with which an electrical, pneumatic and / or hydraulic coupling of a Coupling part can be made to the other coupling part. Furthermore, at least one high frequency coupling is provided, which is formed by an encapsulated antenna in the one coupling part and an encapsulated antenna in the other coupling part.
  • the first-mentioned conventional galvanic connections require an impedance matching in the signal path and furthermore at least one capacitive decoupling, in particular for the protection of the respectively connected electronics and possibly also further protective circuits such as e.g. ESD protection diodes or varistors for current limitation.
  • the wireless connections are usually more expensive, because they usually require a modulation and demodulation devices and associated antennas.
  • the object of the invention is to provide a connector which ensures the signal integrity at low rates, especially at high data rates and also over a high number of mating cycles with a high resistance to harmful environmental influences such as pollution and moisture.
  • the object is achieved with a connector of the type mentioned by the features of the characterizing part of the independent claim 1.
  • the connector according to the invention comprises a plug and a mating connector, wherein the plug has a plurality of electrically conductive pin contacts and the mating connector has a plurality of associated electrically conductive socket contacts, characterized in that in the mated condition between the individual pin contacts of the plug and the associated socket contacts of the mating connector each at least one Dielectric is arranged to electrically isolate the respective pin contact and the associated socket contact and to ensure a capacitive connection between them.
  • the invention serves to transfer high-frequency digital signals pluggable, while at the same time for the connected electronics a protective function, e.g. the function of a coupling capacitor to meet and provide alternatively or additionally for a suitable impedance matching.
  • a protective function e.g. the function of a coupling capacitor to meet and provide alternatively or additionally for a suitable impedance matching.
  • the transmission characteristics of the connector can be based on the transmission protocols of the signals to be transmitted.
  • the contacts ie the pin contacts and the socket contacts, each have a cable connection area and a plug connection. Area.
  • the dielectrics essentially enclose the respective contact, ie the respective pin contact and / or the respective socket contact, at least in their respective plug-in region, because a particularly good corrosion protection is thereby ensured, in particular in this particularly sensitive area.
  • substantially enclosing in this context means that the respective contact is enclosed in its mating region with respect to its surroundings by the respective dielectric, ie the preferably cylindrical pin contact on the outside and the preferably hollow cylindrical socket contact both internally and externally coated with the dielectric material
  • the inherently present electrically conductive connection of the preferably one-piece contact to its respective cable connection region is, of course, retained, ie it is of course not interrupted by the dielectric.
  • the connected circuit electronics can be simplified in the application.
  • coupling capacitors and / or other components which are usually provided for the purpose of protecting the electronics, for example ESD protection diodes and / or varistors for current limitation, can thus be saved.
  • ESD protection diodes and / or varistors for current limitation can thus be saved.
  • such components are used in the railroad sector to provide the corresponding electronics, e.g. To protect against overvoltages whose transmission can be effectively and inexpensively suppressed by the present invention.
  • an impedance matching according to the present invention via the geometric arrangement of the contacts can furthermore take place as follows: at least one signal output and / or at least one signal input of a primary-side electronics, For example, via an electrical line, electrically conductively connected to the cable connection area in each case a pin contact of the plug firmly, for example, soldered or crimped, be. Furthermore, at least one signal input and / or one signal output of a secondary-side electronics can be electrically conductively connected in the same way to the cable connection region in each case of a corresponding socket contact. Then, in the inserted state between the pin contact and the socket contact resulting capacity on the specific execution of the at least one dielectric, for example, on its respective strength and / or its material, already be established in the factory production of the plug and the mating connector.
  • the impedance of this connector is also already during their production in particular on the specific geometric arrangement of certain contacts, ie certain pin contacts and socket contacts, adjustable and is thus fixed by the manufacturing process for this connector firmly.
  • the pin contacts and the socket contacts are each arranged in associated insulating bodies, which likewise consist of a dielectric material with a dielectric constant ⁇ ⁇ .
  • the transmittable frequency band can be set via this capacity as well as via the impedance. These sizes can thus be set at the factory in the production of the corresponding connector, so that these transmission characteristics of a particular connector are given for a user.
  • the invention provides to produce and offer a variety of connectors, each having a specific capacitance and impedance and are each provided for a particular transmission range. For different applications can thus be selected by a user, for example on the basis of a corresponding data sheet, a suitable for its particular application connector.
  • cylindrical pin contacts or at least substantially cylindrical pin contacts and hollow cylindrical socket contacts, or at least substantially hollow cylindrical socket contacts because this considerably simplifies the conception of the arrangement.
  • the term "essentially” in this context means that the pin contacts have at least one cylindrical plug-in area and that the socket contacts have at least one hollow cylindrical plug-in area, wherein these areas may also be rounded at their ends.
  • the contacts may have the ground potential of the respective electronics and be used for example by their geometric arrangement in the outer region of the respective matrix for shielding further, arranged in an inner region of the matrix contacts and the signals transmitted through them.
  • the transmission characteristics in particular the capacity and the impedance of the connector, can be adapted to specific transmission requirements of the signals to be transmitted, in particular over the entire signal path.
  • the manufacturer several different plug-in connections according to the invention with different transmission properties for different Signals are provided.
  • a plurality of different plug connections with different impedances and capacities are made available for selection.
  • the user can then select a suitable plug-type connection as required to ensure the corresponding transmission characteristics.
  • the signals provided for transmission may meet standardized digital wired transmission protocols, such as the specifications of PCle; RapidP / O, Ethernet, or DisplayPort or similar protocols.
  • both the pin contacts and the socket contacts are each provided with a dielectric.
  • both the preferably cylindrical pin contacts may be encased with a dielectric at least in their plug-in region, and the socket contacts may also be at least internally coated and preferably also encased with dielectric material at least in their plug-in region.
  • such a pin contact is then suitably positioned in the inserted state in its position relative to the socket contact in order to ensure the desired capacity over both dielectrics.
  • the dielectric can also provide sufficient corrosion protection in the contact area. Only the less sensitive cable connection area of the contact, which is intended to be connected to a data cable, may still require further corrosion protection, for example in the form of a conventional coating.
  • conventional contacts can be protected by the use of counter contacts according to the invention.
  • the coating in particular a gold coating of a conventional, preferably cylindrical pin contacts, experience a significantly lower abrasion, if in the socket contact, with which this pin contact is used, at least on the inside a preferably hollow cylindrical dielectric is arranged.
  • a conventional, i. a e.g. gold plated, but not dielectrically internally plated, socket contact will experience less wear by being used with a dielectric externally plated pin contact.
  • the at least one dielectric mechanically connects the respective pin contact with the associated socket contact in the inserted state. If both the pin contact and the socket contact are each coated with a dielectric, these two dielectrics may advantageously be in mechanical contact with each other. As a result, the distance between the pin contact and the socket contact is finally determined with sufficient accuracy.
  • the connector as previously indicated, a matrix of contacts, which has geometrically outer and geometrically located inside contacts, the outer contacts are electrically connected to the ground of the respective electronics and so the shield of the serve inside contacts.
  • the plug may have sixteen pin contacts arranged at regular intervals in a matrix of four rows and four columns, thereby forming one group of twelve outer pin contacts and another group of four inner pin contacts.
  • the mating connector on outer and inner socket contacts which are arranged accordingly, so for example at regular intervals in a square matrix of four rows and four columns, which in particular also twelve outer socket contacts and four inner socket contacts are formed.
  • inner contacts that is to say two contact pairs, are formed, because these can then carry both a differential signal and a differential return signal.
  • These inner contacts may be geometrically arranged in a square pattern, with the two contacts belonging to a differential pair being arranged diagonally to each other in order to minimize the mutual crosstalk with the contacts of the respective other pair.
  • the outer pin contacts of the plug are electrically conductively connected to each other in order to be electrically conductively connected to the ground potential of a primary-side electronics.
  • the outer socket contacts of the mating connector are electrically conductively connected to each other to be electrically connected together with the ground potential of a secondary-side electronics.
  • the four inner pin contacts of the plug with their cable connection areas can be connected in separate fashion via four separate lines in pairs, each with a differential signal input and a differential signal output of the primary electronics, eg by soldering or crimping.
  • the four inner socket contacts of the mating connector are then connected in pairs to a respective differential signal output and a differential signal input of the secondary electronics.
  • the impedance is still adjustable.
  • the cylindrical contacts are in the inserted state as Kombina- tion from each other pin and socket contact to understand.
  • the outer radius r is thus given by the outer radius of the hollow cylindrical socket contact.
  • the pin contacts and socket contacts of the matrix need not necessarily be arranged at regular intervals. Rather, irregular contact patterns are possible. Also, the pin contacts and socket contacts need not necessarily be cylindrical but, in principle, other shapes are also possible which may, for example, have in cross-section a substantially polygonal shape, e.g. the corners are rounded.
  • Fig. 1 a a conventional connector
  • Figure 1 b shows a first embodiment of a capacitive connector.
  • Fig. 1 c shows a second embodiment of a capacitive connector
  • Fig. 1 d shows a third embodiment of a capacitive plug connection
  • Fig. 1 e a fourth embodiment of a capacitive connector
  • 2 shows a capacitive plug connection with a dielectric
  • Fig. 3 is a matrix formed of pin and socket contacts.
  • Fig. 1 shows a circuit diagram of a conventional, i. the prior art, plug connection.
  • a primary-side electronics 3 is connected, on the one hand, to a corresponding reference ground 33 with a ground connection 33 provided for this purpose and furthermore to be electrically conductively connected to an output 34 via a primary-side line 6, e.g. by crimping or soldering, connected to a cable connection area of a pin contact 1.
  • This pin contact 1 is electrically connected on the plug side to a conventional socket contact 2.
  • the socket contact 2 is connected with its cable connection region via a secondary-side line 6 ' and via a coupling capacitor 4 is electrically isolated to an input 51 of a secondary-side electronics 5, which is further connected with a designated ground terminal 53 to an associated reference ground.
  • FIG. 1 b shows in a further circuit diagram a first embodiment of the solution according to the invention, namely a first capacitive plug connection comprising the already described primary 3 and secondary 5 electronics and the contacts associated therewith, namely the pin contact 1 electrically connected therewith, as well a socket contact 2 ' according to the invention, which is connected to the pin contact 1 in the inserted th state is.
  • the pin contact 1 is in this embodiment galvanically isolated from the socket contact 2 ' , but capacitively coupled to it.
  • the socket contact 2 ' is the cable connection side via the secondary-side line 6 ' electrically conductive, for example, by crimping or soldering, connected to the input 51 of the secondary-side electronics 5 already described.
  • FIG. 1 c likewise shows in the form of a circuit diagram a second embodiment of the solution according to the invention, namely a second capacitive plug connection.
  • the output 34 of the primary-side electronics 3 is, as described above in the first embodiment, capacitively coupled to the input 51 of the secondary-side electronics 5 via the pin contact 1 and the socket contact 2 ' .
  • the ground connections 33, 53 of the primary-side 3 and the secondary-side electronics 5 are also capacitively coupled to one another via such a capacitive plug-in connection consisting of a pin contact 1 and a socket contact 2 ' according to the invention.
  • a capacitive connection of the two ground potentials namely the primary ground potential 33 and the secondary ground potential 53, is produced, which is advantageous in high-frequency technology in various respects, for example, to reduce the susceptibility.
  • FIG. 1 d likewise shows in a circuit diagram a third embodiment of the solution according to the invention, namely a third capacitive plug connection, which differs from the second embodiment described above only by its wiring.
  • the primary-side electronics 3 ' has two differential signal outputs 34 ' , 35 ' and the secondary-side electronics 5 ' has two differential signal inputs 51 ' , 52 ' .
  • the two differential outputs 34 ' , 35 ' of the primary-side electronics 3 ' are capacitively coupled to these differential inputs 51 ' , 52 ' via a respective pin contact 1 and a socket contact 2 ' according to the invention.
  • FIG. 1 e shows in a circuit diagram a fourth embodiment, which differs from the third embodiment only in that, in addition to the differential signal transmission, the ground potentials 33 ' , 53 ' of the primary 3 ' and the secondary 5 ' electronics capacitively coupled to each other are.
  • the socket 2 ' is at least internally coated at least in its plug-in area with a dielectric material 21 ' to ensure the capacitive separation to the contact 1.
  • the contact 1 could also be encased with a dielectric material 21 ' or both the socket 2 ' and the contact 1 could be coated with the dielectric material 21 ' .
  • Fig. 2 shows a possible structure of such a capacitive connector comprising the pin contact 1, which has at least one cylindrical plug-in area 1 1, which is inserted in the hollow cylindrical socket contact 2 ' by an unspecified insertion depth.
  • a likewise hollow cylindrical dielectric 21 ' is arranged between the pin and the socket contact.
  • the cavity between pin and socket contact was filled with a dielectric material for experimental purposes.
  • the mode of operation of the solution according to the invention is to be verified experimentally and by simulation.
  • the dielectric material can be arranged both at the pin contact 1 and at the socket contact 2 ' , that is, the corresponding contact 1, 2 ' can thus be coated therewith.
  • both contacts ie the pin 1 and the socket contact 2 ' , be coated simultaneously with the dielectric material 21 ' . This is even particularly advantageous because it ensures a corrosion and wear protection for the plug-in areas of both contacts. For better pluggability then remains a small air gap between the two dielectrics 21 ' , but has no significant effect on the resulting transmission characteristics of the connector.
  • this insertion depth of the mating portion 1 1 of the pin contact 1 in the socket contact 2 ' also an important parameter for adjusting the capacity.
  • this insertion depth can be set very precisely as a parameter due to their geometric size, which is particularly advantageous in the production of the connector.
  • Fig. 3 shows a square matrix formed of sixteen cylindrical pin-1 and female contacts 2 ' , which are arranged at regular intervals d. Thus, twelve outer and four inner contacts are formed.
  • the four inner contacts are arranged at a regular distance d from each other.
  • the contacts are each arranged in an insulating body, wherein the Isolierköper is also formed of a dielectric material.
  • the Isolierköper is also formed of a dielectric material.
  • other shaped pin contacts and socket contacts could be used. It should be ensured only by the shape and arrangement of the dielectric that the respective pin contact via the associated dielectric is so connected to the socket contact, that while the realization of a desired capacity is ensured. In the present embodiment, however, cylindrical contacts are preferably used, because this greatly simplifies the calculation and handling of the arrangement.
  • the pin contacts and socket contacts may continue to be arranged at irregular intervals. In the present embodiment, however, a regular arrangement is favored, at least for the four inner contacts, because this simplifies the calculation and handling.
  • the primary-side 3 ' and secondary-side 5 electronics is not shown in this illustration for reasons of clarity. However, here a primary-side 6 and a secondary-side 6 ' line is shown. These two lines 6, 6 ' each comprise two wire pairs, not shown, for transmitting a respective differential signal.
  • the two wires of each wire pair are each connected to one of the four middle contacts or socket contacts 2 ' . In particular, the two wires of each pair of wires are connected to two diagonally opposite inner contacts, which minimizes crosstalk to the other contacts.
  • the twelve outer pin contacts are, for example via an electrical line, not shown, electrically conductively connected to each other and together with the ground potential 33 of the primary-side electronics 3 ' .
  • the twelve outer socket contacts are, for example via a second electrical line, not shown, electrically conductive with each other and together with the ground potential 53 of the secondary-side electronics 5 ' , connected.
  • the two ground potentials 33 ' , 53 ' are capacitively coupled to one another via the plug connection.
  • the outer contacts shield the inner contacts against capacitive interference.

Landscapes

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Abstract

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Steckverbindung anzugeben, welche die Signalintegrität insbesondere bei hohen Datenraten und einer großen Zahl von Steckzyklen preisgünstig gewährleistet. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass zwischen den Pinkontakte (1) eines Steckers und den Buchsenkontakte (2') eines Gegensteckers jeweils ein Dielektrikum (21') angeordnet ist, um zwischen ihnen eine galvanische Trennung sowie eine kapazitive Verbindung zu gewährleisten. Dadurch kann die angeschlossene Schaltungselektronik vereinfacht werde. Es kann ein Koppelkondensator eingespart werden und die Impedanzanpassung kann über die geometrische Anordnung der Kontakte (1, 2') erfolgen. Insbesondere ist vorgesehen, dass mehrere verschiedene Steckverbindungen mit unterschiedlichen Eigenschaften, insbesondere mit unterschiedlichen Impedanzen und Kapazitäten, zur Auswahl bereitgestellt werden. Entsprechend dem Übertragungsprotokoll des zur Übertragung vorgesehenen Signals kann die Auswahl der geeigneten Übertragungseigenschaften dann über die Auswahl einer geeigneten Steckverbindung erfolgen.

Description

Steckverbindung
Beschreibung
Die Erfindung geht aus von einer Steckverbindung nach dem Oberbegriff des unabhängigen Anspruchs 1 .
Derartige Steckverbindungen werden beispielsweise im Bahnbereich benötigt, um innerhalb sogenannter Zugkopplungen zwischen einzelnen Wagons Signale, insbesondere hochfrequente digitale Signale, zu übertragen.
Stand der Technik
Im Bereich hoher Datenraten, z.B. im Frequenzbereich von 1 GHz und mehr, werden insbesondere innerhalb von Zugkopplungen häufig Steckverbinder eingesetzt, die beispielsweise zwischen den einzelnen Wagons eines Zuges entsprechend hochfrequente digitale Signale übertragen.
Eine grundsätzliche Schwierigkeit besteht darin, dass konventionellen Steckverbinderkontakten, die zur Übertragung solch hoher Datenraten, also von z.B. 1 GHz und mehr, geeignet sind, in der Regel die nötige Robustheit für den Einsatz in solchen Zugkopplungen fehlt. Weiterhin wird gerade für Zugkopplungen von den Bahngesellschaften eine besonders hohe Zahl von Steckzyklen gefordert, die mit solchen Kontakten nur sehr schwer zu erfüllen ist.
Die Druckschrift DE 20 2013 006 512 U1 beschreibt eine elektrische Zugkopplung mit Übergabekontakten, die sich dadurch auszeichnet, dass sie eine auswechselbare Wechseleinheit besitzt, durch deren mehrfache Auswechslung z.B. 150 000 Steckzyklen und mehr problemlos erreichbar sind. Die Druckschrift EP 2 093 122 B1 beschreibt eine drahtlose Kommunikation zwischen Zugteilen über eine WLAN-Kopplung.
Die Druckschrift WO 2012/034630 A1 offenbart eine magnetische Elekt- rokupplung für Eisenbahnen, umfassend ein erstes und ein zweites Kupplungsteil, die jeweils einen Träger aufweisen, in dem mehrere Koppelteile angeordnet sind, mit denen eine elektrische, pneumatische und/oder hydraulische Kopplung von einem Kupplungsteil zum anderen Kupplungsteil hergestellt werden kann. Weiterhin ist mindestens eine Hochfrequenzkopplung vorgesehen, die durch eine gekapselte Antenne in dem einen Kupplungsteil und eine gekapselte Antenne in dem anderen Kupplungsteil gebildet ist.
All diese Vorrichtungen besitzen den Nachteil, dass ihre Herstellung aufwendig und mit entsprechenden Kosten verbunden ist. Die erstgenannten konventionellen galvanischen Verbindungen benötigen im Signalweg eine Impedanzanpassung und weiterhin zumindest eine kapazitive Entkopplung, insbesondere zum Schutz der jeweils angeschlossenen Elektronik und gegebenenfalls noch weitere Schutzschaltungen wie z.B. ESD- Schutzdioden oder Varistoren zur Strombegrenzung. Die drahtlosen Verbindungen sind in der Regel noch aufwendiger, denn sie benötigen üblicherweise ein Modulations- Demodulationseinrichtungen sowie dazugehörige Antennen.
Aufgabenstellung
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Steckverbindung anzugeben, welche die Signalintegrität insbesondere bei hohen Datenraten und auch über eine hohe Zahl von Steckzyklen mit einer hohen Resistenz gegen schädliche Umwelteinflüsse wie z.B. Verschmutzung und Feuchtigkeit preisgünstig gewährleistet. Die Aufgabe wird mit einer Steckverbindung der eingangs erwähnten Art durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst.
Die erfindungsgemäße Steckverbindung umfasst einen Stecker und einen Gegenstecker, wobei der Stecker mehrere elektrisch leitfähige Pinkontakte besitzt und der Gegenstecker mehrere dazugehörige elektrisch leitfähige Buchsenkontakte besitzt, dadurch gekennzeichnet, dass im gesteckten Zustand zwischen den einzelnen Pinkontakten des Steckers und den dazugehörigen Buchsenkontakten des Gegensteckers jeweils mindestens ein Dielektrikum angeordnet ist, um den jeweiligen Pinkontakt und die dazugehörigen Buchsenkontakt galvanisch zu trennen und zwischen ihnen eine kapazitive Verbindung zu gewährleisten.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die Erfindung dient dazu, hochfrequente digitale Signale steckbar zu übertragen, und dabei gleichzeitig für die angeschlossene Elektronik eine Schutzfunktion, z.B. die Funktion eines Koppelkondensators, zu erfüllen und alternativ oder ergänzend für eine geeignete Impedanzanpassung zu sorgen. Die Übertragungseigenschaften der Steckverbindung können sich dabei an den Übertragungsprotokollen der zu übertragenden Signale orientieren.
Weiterhin ist durch den Einsatz der Dielektrika auch aufgrund der damit verbundenen Vermeidung oder zumindest Verringerung des Abriebs der Kontaktoberflächen eine hohe Anzahl von Steckzyklen gewährleistet.
Vorteilhafterweise besitzen die Kontakte, d.h. die Pinkontakte und die Buchsenkontakte, jeweils einen Kabelanschlussbereich und einen Steck- bereich. Somit kann es weiterhin vorteilhaft sein, wenn die Dielektrika den jeweiligen Kontakt, d.h. den jeweiligen Pinkontakt und/oder die jeweilige Buchsenkontakt, zumindest in deren jeweiligem Steckbereich im Wesentlichen umschließen, weil dadurch insbesondere in diesem besonders sensiblen Bereich ein besonders guter Korrosionsschutz gewährleistet ist. Der Begriff„im Wesentlichen umschließen" bedeutet in diesem Zusammenhang, dass der jeweilige Kontakt in seinem Steckbereich gegenüber seiner Umgebung vom jeweiligen Dielektrikum umschlossen ist, d.h. der bevorzugt zylindrische Pinkontakt außenseitig und die bevorzugt hohlzylindrische Buchsenkontakt sowohl innen- als auch außenseitig mit dem dielektrischen Material beschichtet ist; die naturgemäß vorhandene elektrisch leitende Verbindung des bevorzugt einstückigen Kontakts zu seinem jeweiligen Kabelanschlussbereich bleibt selbstverständlich erhalten, d.h. sie ist natürlich nicht von dem Dielektrikum unterbrochen.
Durch den Einsatz der Dielektrika und der damit verbundenen galvanischen Entkopplung zwischen dem Buchsenkontakt und dem damit gesteckten Pinkontakt kann bei der Anwendung insbesondere auch die angeschlossene Schaltungselektronik vereinfacht werden. Es können dadurch beispielsweise Koppelkondensatoren und/oder andere Bauteile, die üblicherweise zum Schutz der Elektronik vorgesehen sind, beispielsweise ESD-Schutzdioden und/oder Varistoren zur Strombegrenzung, eingespart werden. Üblicherweise werden gerade solche Bauteile im Bereich der Eisenbahn verwendet, um die entsprechende Elektronik z.B. vor Überspannungen zu schützen, deren Übertragung durch die vorliegende Erfindung wirkungsvoll und preiswert unterdrückt werden kann.
Ergänzend oder alternativ zu dieser Schutzfunktion kann weiterhin auch eine Impedanzanpassung gemäß der vorliegenden Erfindung über die geometrische Anordnung der Kontakte, d.h. der Pin- und Buchsenkontakte, folgendermaßen erfolgen: Es kann mindestens ein Signalausgang und/oder mindestens en Signaleingang einer primärseitigen Elektronik, z.B. über eine elektrische Leitung, elektrisch leitend mit dem Kabelanschlussbereich jeweils eines Pinkontaktes des Steckers fest verbunden, beispielsweise verlötet oder vercrimpt, sein. Weiterhin kann mindestens ein Signaleingang und/oder ein Signalausgang einer sekundärseitigen Elektronik auf gleiche Weise elektrisch leitend mit dem Kabelanschlussbereich jeweils eines entsprechenden Buchsenkontaktes verbunden sein. Dann kann eine im gesteckten Zustand zwischen dem Pinkontakt und dem Buchsenkontakt entstehende Kapazität über die konkrete Ausführung des mindestens einen Dielektrikums, beispielsweise über seine jeweilige Stärke und/oder sein Material, bereits bei der werksseitigen Herstellung des Steckers und des Gegensteckers festgelegt sein.
Die Impedanz dieser Steckverbindung ist ebenfalls bereits bei deren Herstellung insbesondere über die konkrete geometrische Anordnung bestimmter Kontakte, d.h. bestimmter Pinkontakte und Buchsenkontakte, einstellbar und ist somit nach dem Herstellungsprozess für diese Steckverbindung fest vorgegeben. Dazu werden die Pinkontakte und die Buchsenkontakte jeweils in dazugehörigen Isolierkörpern angeordnet, die ebenfalls aus einem dielektrischen Material mit einer Dielektrizitätskonstanten εΓ bestehen.
Das übertragbare Frequenzband kann sowohl über diese Kapazität als auch über die Impedanz eingestellt werden. Diese Größen können somit bereits werkseitig bei der Herstellung der entsprechenden Steckverbinder festgelegt werden, so dass diese Übertragungseigenschaften einer bestimmten Steckverbindung für einen Benutzer vorgegeben sind.
Dementsprechend sieht die Erfindung vor, eine Vielzahl von Steckverbindungen herzustellen und anzubieten, die jeweils eine bestimmte Kapazität und Impedanz besitzen und jeweils für einen bestimmten Übertragungsbereich vorgesehen sind. Für unterschiedliche Anwendungen kann somit von einem Benutzer, z.B. anhand eines dazugehörigen Datenblatts, eine für seine jeweilige Anwendung geeignete Steckverbindung ausgewählt werden.
Dazu ist es besonders vorteilhaft, zylindrische Pinkontakte oder zumindest im Wesentlichen zylindrische Pinkontakte und hohlzylindrische Buchsenkontakte, oder zumindest im Wesentlichen hohlzylindrische Buchsenkontakte, zu verwenden, weil dies die Konzeption der Anordnung erheblich vereinfacht. Der Begriff„Im Wesentlichen" bedeutet in diesem Zusammenhang, dass die Pinkontakte zumindest einen zylindrischen Steckbereich besitzen und dass die Buchsenkontakte zumindest einen hohlzylindrischen Steckbereich besitzen, wobei diese Bereiche an ihren Enden auch abgerundet sein können.
Alternativ oder ergänzend ist es dazu weiterhin vorteilhaft, zumindest einige der Kontakte in regelmäßigen Abständen zueinander in einer Matrix anzuordnen, weil auch dies die Berechenbarkeit der Impedanz erheblich verbessert. Insbesondere können dabei einige der Kontakte das Massepotential der jeweiligen Elektronik besitzen und beispielsweise durch ihre geometrische Anordnung im äußeren Bereich der jeweiligen Matrix zur Schirmung weiterer, in einem inneren Bereich der Matrix angeordneter Kontakte sowie der durch sie übertragenen Signale eingesetzt werden.
Besonders vorteilhaft ist es, dass auf diese Weise die Übertragungseigenschaften, insbesondere die Kapazität und die Impedanz der Steckverbindung, an bestimmte Übertragungsanforderungen der zu übertragenden Signale insbesondere über den gesamten Signalweg angepasst werden können.
In einer bevorzugten Ausgestaltung können, wie oben bereits angedeutet, herstellerseitig mehrere verschiedene erfindungsgemäße Steckverbindungen mit unterschiedlichen Übertragungseigenschaften für verschiedene Signale bereitgestellt werden. Insbesondere ist vorgesehen, dass mehrere verschiedene Steckverbindungen mit unterschiedlichen Impedanzen und Kapazitäten, zur Auswahl bereitgestellt werden. Entsprechend dem jeweils vorgesehenen Übertragungsprotokoll kann dann durch den Benutzer beim Einsatz je nach Bedarf die Auswahl einer geeigneten Steckverbindung erfolgen, um so die entsprechenden Übertragungseigenschaften zu gewährleisten. Beispielsweise können die zur Übertragung vorgesehenen Signale standardisierten digitalen kabelgebundenen Übertragungsprotokollen genügen, also beispielsweise den Spezifikationen von PCle; Ra- pidl/O, Ethernet, oder Displayport oder ähnlichen Protokollen entsprechen.
In jedem Fall ist es von Vorteil, dass der Verschleiß des Kontaktmaterials der Pinkontakte und der Buchsenkontakte, insbesondere deren Kontakt- beschichtung, durch den Einsatz des Dielektrikums verringert wird.
Dadurch kann insbesondere auch die Verwendung teurer Edelmetalle, z.B. in Form einer Goldbeschichtung der Kontakte, verringert oder gar vermieden werden.
Dies gilt besonders für diejenigen Kontakte, an denen das Dielektrikum aufgebracht, z.B. angespritzt, ist. Somit ist es besonders vorteilhaft, wenn sowohl die Pinkontakte als auch die Buchsenkontakte jeweils mit einem Dielektrikum versehen sind. Dazu können sowohl die bevorzugt zylindrische Pinkontakte zumindest in ihrem Steckbereich mit einem Dielektrikum ummantelt als auch die Buchsenkontakte ebenfalls mit dielektrischem Material zumindest in ihrem Steckbereich zumindest innenbeschichtet und bevorzugt auch ummantelt sein. Vorteilhafterweise ist ein solcher Pinkontakt dann im gesteckten Zustand in seiner Position gegenüber dem Buchsenkontakt geeignet positioniert, um die angestrebte Kapazität über beide Dielektrika zu gewährleisten.
Dies ist, wie bereits erwähnt, besonders vorteilhaft, weil so auf galvanische Kontaktmaterialien verzichtet werden kann, was insbesondere auf- grund der Hochpreisigkeit entsprechender Materialien, insbesondere Gold, eine Kostenersparnis bedeutet. Das Dielektrikum kann so schließlich im Kontaktbereich auch einen ausreichenden Korrosionsschutz bieten. Lediglich der weniger sensible Kabelanschlussbereich des Kontaktes, der dafür vorgesehen ist, an ein Datenkabel angeschlossen zu werden, benötigt gegebenenfalls noch einen weiteren Korrosionsschutz, z.B. in Form einer herkömmliche Beschichtung.
Vorteilhafterweise können auch herkömmliche Kontakte durch den Einsatz erfindungsgemäßer Gegenkontakte geschont werden. In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung kann beispielsweise die Beschichtung, insbesondere eine Goldbeschichtung eines herkömmlichen, bevorzugt zylindrischen Pinkontakte, einen wesentlich geringeren Abrieb erfahren, wenn in der Buchsenkontakt, mit welcher dieser Pinkontakt verwendet wird, zumindest innenseitig ein bevorzugt hohlzylindrisches Dielektrikum angeordnet ist. Umgekehrt kann in einer anderen Ausgestaltung auch eine herkömmliche, d.h. eine z.B. goldbeschichtete, aber nicht dielektrisch innenbeschichtete, Buchsenkontakt einen geringeren Verschleiß erfahren, indem sie mit einem dielektrisch außenbeschichteten Pinkontakt verwendet wird.
Somit bewirken all diese Möglichkeiten einen geringeren Verschleiß der Kontaktoberflächen, und bereits aus diesem Grund eine deutliche Kostenersparnis sowie eine Erhöhung der Anzahl möglicher Steckzyklen.
Schließlich bedeutet eine höhere Zahl von möglichen Steckzyklen auch, dass im Betrieb weniger Wartungsarbeiten vorgenommen werden müssen, was somit nicht nur die Herstellung sondern auch den Betrieb der Steckverbindung vereinfacht und verbilligt und entsprechende Ausfallzeiten vermeidet oder zumindest verringert. Für die mechanische Stabilität und die präzise Einhaltung einer vorgegebenen Kapazität ist es vorteilhaft, wenn das mindestens eine Dielektrikum den jeweiligen Pinkontakt mit der dazugehörigen Buchsenkontakt im gesteckten Zustand mechanisch verbindet. Ist sowohl der Pinkontakt als auch die Buchsenkontakt jeweils mit einem Dielektrikum beschichtet, so können diese beiden Dielektrika vorteilhafterweise miteinander in mechanischem Kontakt stehen. Dadurch wird schließlich auch der Abstand zwischen dem Pinkontakt und der Buchsenkontakt mit ausreichender Genauigkeit festgelegt.
Durch minimale Unregelmäßigkeiten in den Oberflächen dieser Dielektrika kann naturgemäß zwischen dem Dielektrikum der Pinkontakte und dem Dielektrikum der Buchsenkontakte an einigen Stellen ein geringfügiger Luftspalt entstehen, der beispielsweise zur Steckbarkeit des Pinkontakts mit dem Buchsenkontakt notwendig ist. Dadurch wird die Kapazität dieser Übertragung jedoch nicht merklich verfälscht, zum einen, weil diese Unregelmäßigkeiten eine nur geringfügige Abstandsänderung verursachen, die weniger stark ins Gewicht fällt, zum anderen, weil ein insbesondere zylindrischer Pinkontakt in einem hohlzylindrischen Buchsenkontakt durch eine geringfügige Abweichung von seiner zentralen Position sich zwar von einem Teil der Buchse etwas entfernt, aber ebenso in einem gegenüberliegenden Bereich derselben Buchse dadurch automatisch annähert, so dass die Auswirkung geringfügigen Unregelmäßigkeiten der Oberflächen der Dielektrika auf die Kapazität zwischen dem Pinkontakt und dem Buchsenkontakt und auf die damit verbundenen elektronischen Übertragungseigenschaften in guter Näherung vernachlässigt werden kann.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung weist die Steckverbindung, wie zuvor bereits angedeutet, eine Matrix von Kontakten auf, welche geometrisch außen liegende und geometrisch innen liegende Kontakte besitzt, wobei die außen liegenden Kontakte elektrisch leitend an die Masse der jeweiligen Elektronik angeschlossen sind und so der Schirmung der innen liegenden Kontakte dienen. Beispielsweise kann der Stecker sechzehn Pinkontakte besitzen, die in regelmäßigen Abständen in einer Matrix von vier Zeilen und vier Spalten angeordnet sind, wodurch eine Gruppe zwölf äußerer und eine weitere Gruppe vier innerer Pinkontakte gebildet sind. Dann weist auch der Gegenstecker äußere und innere Buchsenkontakte auf, die entsprechend, also z.B. in regelmäßigen Abständen in einer quadratischen Matrix von vier Zeilen und vier Spalten angeordnet sind, wodurch insbesondere auch zwölf äußere Buchsenkontakte und vier innere Buchsenkontakte gebildet sind.
Besonders vorteilhaft ist es, dass vier innere Kontakte, also zwei Kontaktpaare, gebildet sind, weil diese dann sowohl ein differentielles Signal als auch ein differentielles Rücksignal führen können. Diese inneren Kontakte können geometrisch in einem quadratischen Muster angeordnet sein, wobei die beiden zu einem differentiellen Paar gehörenden Kontakte zu einander jeweils diagonal angeordnet sind, um das gegenseitige Übersprechen mit den Kontakten des jeweils anderen Paars zu minimieren.
Vorteilhafterweise sind die äußeren Pinkontakte des Steckers elektrisch leitend miteinander verbunden, um gemeinsam elektrisch leitend mit dem Massepotential einer primärseitigen Elektronik verbunden zu werden. Vorteilhafterweise sind auch die äußeren Buchsenkontakte des Gegensteckers elektrisch leitend miteinander verbunden, um gemeinsam elektrisch leitend mit dem Massepotential einer sekundärseitigen Elektronik verbunden zu werden. Im gesteckten Zustand kann so zwischen diesen beiden Massepotentialen, nämlich dem Massepotential der primärseitigen Elektronik und dem Massepotential der sekundärseitigen Elektronik eine kapazitive Verbindung gewährleistet werden. Somit gelten die oben genannten Vorteile der kapazitiven Steckverbindung nicht nur für die Signalleitungen sondern auch für Masseleitungen und ergänzend oder alternativ für einen rückwärtigen Signalstrom und/oder eine Schirmanbindung. Insbesondere können die vier inneren Pinkontakte des Steckers mit ihren Kabelanschlussbereichen getrennt über vier getrennte Leitungen paarweise mit je einen differentielle Signaleingang und einen differentiellen Signalausgang der primären Elektronik, z.B. durch Verlöten oder Vercrimpen, elektrisch leitend verbunden sein. In gleicher Weise sind dann auch die vier inneren Buchsenkontakte des Gegensteckers paarweise an je einen differentielle Signalausgang und einen differentiellen Signaleingang der sekundären Elektronik angeschlossen. Dadurch ist eine bidirektionale Kommunikationsschnittstelle mit Hin- und Rückleitung und mit hoher Sig- nalintigrität insbesondere auch für besonders hochfrequente Signale gegeben.
Durch die Abstände der differentiellen Kontaktepaare zueinander ist weiterhin die Impedanz anpassbar. Dazu ist es vorteilhaft, zylindrische Kontakte, d.h. zylindrische Pinkontakte und hohlzylindrische Buchsenkontakte, zu verwenden, weil diese die Berechnung und die entsprechende Simulation der Impedanz einer solchen Anordnung erheblich vereinfacht.
Eine geeignete Gesetzmäßigkeit zur Bestimmung der Impedanz des Signalpaares, bestehend aus zylindrischen Kontakten lautet folgendermaßen:
Dabei bedeuten: εΓ Dielektrizitätszahl des Materials des Isolierkörpers
Z0 Impedanz
d Abstand der Mittelpunkte der zylinderförmigen Kontakte
r Außenradius der zylinderförmigen Kontakte
Dabei sind die zylindrischen Kontakte im gesteckten Zustand als Kombina- tion aus miteinander gesteckten Pin- und Buchsenkontakt zu verstehen. Der Außenradius r ist also durch den Außenradius des hohlzylindrischen Buchsenkontaktes gegeben.
Für eine angestrebte differentielle Impedanz von 70 Ω bis 120 Ω ergibt sich daraus beispielsweise eine Anordnung der Kontakte eines differentiellen Kontaktpaars zueinander, bei welcher ihr Abstand d näherungsweise gegeben ist, durch die folgende Beziehung: 10 r > d > 3 r. Der Abstand der Differentiellen Paare, die insbesondere in einem quadratischen Muster angeordnet sind, sollte also in diesem Fall größer sein als der dreifache Außenradius r der Buchsenkontakte und kleiner sein als ihre zehnfacher Außenradius r.
Allerdings müssen in weiteren Ausführungsformen die Pinkontakte und Buchsenkontakte der Matrix nicht zwangsläufig in regelmäßigen Abständen angeordnet sein. Vielmehr sind auch unregelmäßige Kontaktmuster möglich. Auch müssen die Pinkontakte und Buchsenkontakte nicht zwangsläufig zylindrisch sein, sondern es sind prinzipiell auch andere Formen möglich, die beispielsweise im Querschnitt eine im Wesentlichen mehreckige Form besitzen können, bei der z.B. die Ecken abgerundet sind.
Ausführungsbeispiel
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im Folgenden näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 a eine konventionelle Steckverbindung;
Fig. 1 b eine erste Ausführung einer kapazitiven Steckverbindung;
Fig. 1 c eine zweite Ausführung einer kapazitiven Steckverbindung;
Fig. 1 d eine dritte Ausführung einer kapazitiven Steckverbindung;
Fig. 1 e eine vierte Ausführung einer kapazitiven Steckverbindung; Fig. 2 eine kapazitive Steckverbindung mit einem Dielektrikum;
Fig. 3 eine Matrix, gebildet aus Pin- und Buchsenkontakten.
Die Figuren enthalten teilweise vereinfachte, schematische Darstellungen. Zum Teil werden für gleiche, aber gegebenenfalls nicht identische Elemente identische Bezugszeichen verwendet. Verschiedene Ansichten gleicher Elemente könnten unterschiedlich skaliert sein.
Die Fig. 1 zeigt eine Schaltskizze einer konventionellen, d.h. dem Stand der Technik entsprechenden, Steckverbindung. Dabei ist eine primärseiti- ge Elektronik 3 einerseits mit einem dafür vorgesehenen Masseanschluss 33 an eine dazugehörige Bezugsmasse angeschlossen und weiterhin mit einem Ausgang 34 über eine primärseitige Leitung 6 elektrisch leitend, z.B. durch Crimpen oder Verlöten, mit einem Kabelanschlussbereich eines Pinkontaktes 1 verbunden.
Dieser Pinkontakt 1 ist steckseitig elektrisch leitend mit einer konventionellen Buchsenkontakt 2 verbunden. Der Buchsenkontakt 2 ist mit seinem Kabelanschlussbereich über eine sekundärseitige Leitung 6' und über einen Koppelkondensator 4 galvanisch getrennt an einen Eingang 51 einer sekundärseitigen Elektronik 5 angeschlossen, die weiterhin mit einem dafür vorgesehenen Masseanschluss 53 an eine dazugehörige Bezugsmasse angeschlossen ist.
Die Fig. 1 b zeigt in einer weiteren Schaltskizze eine erste Ausführung der erfindungsgemäßen Lösung, nämlich eine erste kapazitiven Steckverbindung, umfassend die bereits beschriebene primär- 3 und sekundärseitige 5 Elektronik und die damit verbundenen Kontakte, nämlich den damit elektrisch leitend verbundenen Pinkontakt 1 , sowie einen erfindungsgemäßen Buchsenkontakt 2', welcher sich mit dem Pinkontakt 1 im gesteck- ten Zustand befindet. Der Pinkontakt 1 ist in dieser Ausführung galvanisch von dem Buchsenkontakt 2' getrennt, aber kapazitiv mit ihm gekoppelt. Der Buchsenkontakt 2' ist kabelanschlussseitig über die sekundärseitige Leitung 6' elektrisch leitend, z.B. durch Crimpen oder Verlöten, mit dem Eingang 51 der bereits beschriebenen sekundärseitigen Elektronik 5 verbunden.
Die Fig. 1 c zeigt ebenfalls in Form einer Schaltskizze eine zweite Ausführung der erfindungsgemäßen Lösung, nämlich eine zweite kapazitive Steckverbindung. Der Ausgang 34 der primärseitigen Elektronik 3 ist, wie bei der ersten Ausführung zuvor beschrieben, über den Pinkontakt 1 und den Buchsenkontakt 2' kapazitiv mit dem Eingang 51 der sekundärseitigen Elektronik 5 gekoppelt. Allerdings sind, anders als im vorangegangenen Beispiel, die Masseanschlüsse 33, 53 der primärseitigen 3 und der sekundärseitigen 5 Elektronik ebenfalls über eine solche kapazitive Steckverbindung, bestehend aus einem Pinkontakt 1 und einer erfindungsgemäßen Buchsenkontakt 2', kapazitiv miteinander gekoppelt. Somit wird auch eine kapazitive Verbindung der beiden Massepotentiale, nämlich des primären Massepotentials 33 und des sekundären Massepotentials 53, hergestellt, was in der Hochfrequenztechnik in verschiedener Hinsicht von Vorteil ist, beispielsweise zum Verringern der Störanfälligkeit.
Der Übersichtlichkeit wegen werden hier und im Folgenden die weiteren derartigen Bauelemente wie Pinkontakte 1 und Buchsenkontakte 2' in der Zeichnung nicht mit Bezugszeichen versehen.
Die Fig. 1 d zeigt ebenfalls in einer Schaltskizze eine dritte Ausführung der erfindungsgemäßen Lösung, nämlich eine dritte kapazitive Steckverbindung, die sich von der zuvor beschriebenen zweiten Ausführung lediglich durch ihre Beschaltung unterscheidet. Die primärseitige Elektronik 3' besitzt zwei differentielle Signalausgänge 34', 35' und die sekundärseitige Elektronik 5' besitzt zwei differentielle Signaleingänge 51 ', 52'. Die beiden differentiellen Ausgänge 34', 35' der primärseitigen Elektronik 3' sind über je einen Pinkontakt 1 und einen erfindungsgemäße Buchsenkontakt 2' kapazitiv mit diesen differentiellen Eingängen 51 ', 52' gekoppelt.
Die Fig. 1 e zeigt in einer Schaltskizze eine vierte Ausführung, die sich von der dritten Ausführung lediglich dadurch unterscheidet, dass zusätzlich zu der differentiellen Signalübertragung auch die Massepotentiale 33', 53' der primären 3'und der sekundären 5' Elektronik kapazitiv miteinander gekoppelt sind.
Bei diesen vier Ausführungen der Erfindung wird jeweils ein konventioneller Kontakt 1 und eine erfindungsgemäße Buchse 2' verwendet, d.h. die Buchse 2' ist zumindest in ihrem Steckbereich mit einem dielektrischen Material 21 ' zumindest innenbeschichtet um die kapazitive Trennung zum Kontakt 1 zu gewährleisten. In einer alternativen Ausführung könnte auch der Kontakt 1 mit einem dielektrischen Material 21 ' ummantelt sein oder es könnten sowohl die Buchse 2' als auch der Kontakt 1 mit dem dielektrischen Material 21 ' beschichtet sein.
Die Fig. 2 zeigt einen möglichen Aufbau eines solchen kapazitiven Steckverbindung, umfassend den Pinkontakt 1 , der zumindest einen zylindrischen Steckbereich 1 1 besitzt, welcher in den hohlzylindrischen Buchsenkontakt 2' um einen nicht näher bezeichnete Einstecktiefe einsteckbar ist.
Zwischen dem Pin- und dem Buchsenkontakt ist ein ebenfalls hohlzylindrisches Dielektrikum 21 ' angeordnet. Dazu wurde der Hohlraum zwischen Pin- und Buchsenkontakt zu Versuchszwecken mit einem dielektrischen Material gefüllt. Dadurch soll experimentell und per Simulation die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Lösung belegt werden. Es ist leicht nachvollziehbar, dass das dielektrische Material sowohl am Pinkontakt 1 als auch am Buchsenkontakt 2' angeordnet sein, der entsprechende Kontakt 1 , 2' also damit beschichtet sein kann. Insbesondere können, wie zu- vor bereits erwähnt, auch beide Kontakte, d.h. der Pin- 1 und der Buchsenkontakt 2', gleichzeitig mit dem dielektrischen Material 21 ' beschichtet sein. Dies ist sogar besonders vorteilhaft, weil dadurch für die Steckbereiche beider Kontakte ein Korrosions- und Verschleißschutz gewährleistet ist. Zur besseren Steckbarkeit verbleibt dann ein kleiner Luftspalt zwischen den beiden Dielektrika 21 ', der aber keine nennenswerten Auswirkungen auf die resultierenden Übertragungseigenschaften der Steckverbindung besitzt.
Durch das mindestens eine Dielektrikum ist somit in jedem Fall ein vorgegebener Abstand zwischen dem Pinkontakt 1 und der Buchsenkontakt 2' gewährleistet. Dadurch besitzt diese Anordnung eine definierte Kapazität.
Weiterhin ist durch die Einstecktiefe des Steckbereichs 1 1 des Pinkontaktes 1 in den Buchsenkontakt 2' ebenfalls ein wichtiger Parameter zur Einstellung der Kapazität gegeben. Insbesondere lässt sich diese Einstecktiefe als Parameter aufgrund ihrer geometrischen Größe besonders exakt einstellen, was bei der Herstellung der Steckverbindung von besonderem Vorteil ist.
Die Fig. 3 zeigt eine quadratische Matrix, gebildet aus sechzehn zylindrischen Pin- 1 und Buchsenkontakten 2', die in regelmäßigen Abständen d angeordnet sind. Somit sind zwölf äußere und vier innere Kontakte gebildet.
Insbesondere sind die vier inneren Kontakte im regelmäßigen Abstand d zueinander angeordnet.
Üblicherweise werden die Kontakte jeweils in einem Isolierkörper angeordnet, wobei der Isolierköper ebenfalls aus einem dielektrischen Material gebildet ist. Alternativ könnten auch anders geformte Pinkontakte und Buchsenkontakte verwendet werden. Es sollte lediglich durch die Form und Anordnung des Dielektrikums gewährleistet sein, dass der jeweilige Pinkontakt über das dazugehörige Dielektrikum derart mit dem Buchsenkontakt verbindbar ist, dass dabei die Realisierung einer angestrebten Kapazität gewährleistet ist. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel werden jedoch zylindrische Kontakte bevorzugt eingesetzt, weil dies die Berechnung und Handhabung der Anordnung stark vereinfacht.
Die Pinkontakte und Buchsenkontakte können weiterhin in unregelmäßigen Abständen angeordnet sein. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird jedoch eine regelmäßige Anordnung zumindest für die vier inneren Kontakte favorisiert, weil dies die Berechnung und Handhabung vereinfacht.
Die primärseitige 3' und sekundärseitige 5 Elektronik ist in dieser Darstellung aus Übersichtlichkeitsgründen nicht gezeigt. Allerdings ist hier eine primärseitige 6 und eine sekundärseitige 6' Leitung gezeigt. Diese beiden Leitungen 6, 6' umfassen jeweils zwei nicht dargestellte Aderpaare zur Übertragung je eines differentiellen Signals. Die beiden Adern jedes Aderpaars werden jeweils an einen der vier mittleren Kontakten bzw. Buchsenkontakte 2' angeschlossen. Insbesondere werden die beiden Adern jedes Aderpaares an zwei einander diagonal gegenüberliegende innere Kontakte angeschlossen, wodurch sich das Übersprechen auf die jeweils anderen Kontakte minimiert.
Die zwölf äußeren Pinkontakte werden, beispielsweise über eine nicht gezeigte elektrische Leitung, elektrisch leitend miteinander und gemeinsam mit dem Massepotential 33 der primärseitigen Elektronik 3' verbunden.
Die zwölf äußeren Buchsenkontakte werden, beispielsweise über eine zweite nicht gezeigte elektrische Leitung, elektrisch leitend miteinander und gemeinsam mit dem Massepotential 53 der sekundarseitigen Elektronik 5', verbunden.
Somit sind auch die beiden Massepotentiale 33', 53' über die Steckver- bindung kapazitiv miteinander gekoppelt.
Die äußeren Kontakte schirmen so die inneren Kontakte gegen kapazitive Einstreuungen ab.
Steckverbindung Bezugszeichenliste
I Pinkontakt
I I Steckbereich des Pinkontakte
2,2' Buchsenkontakt
21 ' Dielektrikum
3,3' primärseitige Elektronik
33, 33' Masseanschluss der primärseitigen Elektronik
34 Signalausgang der primärseitigen Elektronik
34', 35' differentielle Signalausgänge der primärseitigen Elektronik
4 Koppelkondensator
5,5' sekundärseitige Elektronik
51 Signaleingang der sekundärseitigen Elektronik
51 ', 52' differentielle Signaleingänge der sekundärseitigen Elektronik
53, 53' Masseanschluss der primärseitigen Elektronik
6,6' Signalleitung d Abstand zwischen den Mittelpunkten der Kontakte εΓ Dielektrizitätszahl des Materials des Isolierkörpers
Z0 Impedanz
r Außenradius der zylinderförmigen Kontakte

Claims

Steckverbindung
Ansprüche
Steckverbindung, umfassend einen Stecker und einen Gegenstecker, wobei der Stecker mehrere elektrisch leitfähige Pinkontakte (1 ) besitzt und der Gegenstecker mehrere dazugehörige elektrisch leitfähige Buchsenkontakte (2') besitzt, dadurch gekennzeichnet, dass
im gesteckten Zustand zwischen den einzelnen Pinkontakten (1 ) des Steckers und den dazugehörigen Buchsenkontakten (2') des Gegensteckers jeweils mindestens ein Dielektrikum (21 ') angeordnet ist, um den jeweiligen Pinkontakt (1 ) und die dazugehörigen Buchsenkontakt (2') galvanisch zu trennen und eine kapazitive Verbindung zwischen ihnen zu gewährleisten.
Steckverbindung gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Pinkontakte (1 ) und Buchsenkontakte (2') jeweils einen Kabelanschlussbereich und einen Steckbereich aufweisen, und dass der jeweilige Pinkontakt (1 ) und/oder der dazugehörige Buchsenkontakt (2') zumindest an ihrem jeweiligen Steckbereich mit dem Dielektrikum (21 ') versehen sind.
Steckverbindung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Buchsenkontakte (2 ) hohlzy- linderförmig ausgestaltet sind.
Steckverbindung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Pinkontakte (1 ) zylinderförmig ausgestaltet sind oder zumindest einen zylinderförmigen Steckbereich (1 1 ) besitzen.
5. Steckverbindung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl der Stecker als auch der Gegenstecker je einen Isolierkörper aus einem weiteren dielektrischen Material aufweisen, in dem die Kontakte, nämlich die Pinkontakte (1 ) und die Buchsenkontakte (2'), jeweils in einer Matrix angeordnet sind.
6. Steckverbindung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Matrix äußere Kontakte und innere Kontakte umfasst.
Steckverbindung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die äußeren Pinkontakte elektrisch leitend miteinander verbunden sind, um gemeinsam elektrisch leitend mit einem Massepotential (33) einer primärseitigen Elektronik (3) verbunden zu werden, und dass die äußeren Buchsenkontakte elektrisch leitend miteinander verbunden sind, um gemeinsam elektrisch leitend mit einem Massepotential (53) einer sekundärseitigen Elektronik (5) verbunden zu werden, so dass die äußeren Kontakte durch die Steckverbindung die beiden Massepotentiale (33, 53) kapazitiv miteinander koppeln und weiterhin eine schirmende Funktion für die inneren Kontakte besitzen.
Steckverbindung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Steckverbindung vier innere Kontakte aufweist, die einem quadratischen Muster angeordnet sind, und dafür vorgesehen sind, paarweise an je einen differentiellen Ausgang und je einen differentiellen Eingang der primärseitigen und der sekundärseitigen Elektronik angeschlossen zu werden, wobei die beiden zu einem differentiellen Paar gehörenden Kontakte zu einander jeweils diagonal angeordnet sind, um das gegenseitige Übersprechen mit den Kontakten des jeweils anderen Paars zu minimieren.
9. Steckverbindung gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass über den Außenradius (r) der inneren hohlzylinderförmigen Kontaktbuchsen (2') und den Abstand ihrer Mittelpunkte (d) zueinander die Impedanz der Steckverbindung werkseitig einstellbar ist.
Steckverbindung gemäß einem der Ansprüche 8 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass durch den Abstand zwischen den inneren Kontaktpins (1 ) und der jeweils dazugehörigen Kontaktbuchse (2') und dem mindestens einen dazwischen angeordneten Dielektrikum (21 ') die Koppelkapazität der Steckverbindung werkseitig einstellbar ist.
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