EP4250498A1 - Kontaktelement, kontaktelementsystem und steckverbinder - Google Patents

Kontaktelement, kontaktelementsystem und steckverbinder Download PDF

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EP4250498A1
EP4250498A1 EP23163322.3A EP23163322A EP4250498A1 EP 4250498 A1 EP4250498 A1 EP 4250498A1 EP 23163322 A EP23163322 A EP 23163322A EP 4250498 A1 EP4250498 A1 EP 4250498A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
contact element
contact
adaptation structure
modified
adaptation
Prior art date
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Pending
Application number
EP23163322.3A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Dirk Michel
Ulrich WIMMER GAIR
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.)
Yamaichi Electronics Deutschland GmbH
Original Assignee
Yamaichi Electronics Deutschland GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Yamaichi Electronics Deutschland GmbH filed Critical Yamaichi Electronics Deutschland GmbH
Publication of EP4250498A1 publication Critical patent/EP4250498A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • 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
    • H01R13/6473—Impedance matching
    • H01R13/6474—Impedance matching by variation of conductive properties, e.g. by dimension variations
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R24/00—Two-part coupling devices, or either of their cooperating parts, characterised by their overall structure
    • H01R24/38—Two-part coupling devices, or either of their cooperating parts, characterised by their overall structure having concentrically or coaxially arranged contacts
    • H01R24/40—Two-part coupling devices, or either of their cooperating parts, characterised by their overall structure having concentrically or coaxially arranged contacts specially adapted for high frequency
    • H01R24/42—Two-part coupling devices, or either of their cooperating parts, characterised by their overall structure having concentrically or coaxially arranged contacts specially adapted for high frequency comprising impedance matching means or electrical components, e.g. filters or switches
    • H01R24/44—Two-part coupling devices, or either of their cooperating parts, characterised by their overall structure having concentrically or coaxially arranged contacts specially adapted for high frequency comprising impedance matching means or electrical components, e.g. filters or switches comprising impedance matching means
    • H—ELECTRICITY
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    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R24/00—Two-part coupling devices, or either of their cooperating parts, characterised by their overall structure
    • H01R24/86—Parallel contacts arranged about a common axis
    • 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
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R4/00—Electrically-conductive connections between two or more conductive members in direct contact, i.e. touching one another; Means for effecting or maintaining such contact; Electrically-conductive connections having two or more spaced connecting locations for conductors and using contact members penetrating insulation
    • H01R4/02—Soldered or welded connections
    • H01R4/023—Soldered or welded connections between cables or wires and terminals

Definitions

  • the invention relates to a contact element for a plug connector, a contact element system and a plug connector.
  • the contact elements of the connector play a crucial role in ensuring signal transmission through a connector as quickly and as smoothly as possible.
  • symmetrical signal transmission also known as differential signal transmission
  • differential signal transmission such as that used in USB
  • the contact elements and in particular the contact element pairs (in the case of differential signal transmission, the so-called differential pairs) of a connector have certain electrical Properties (such as a certain impedance and/or certain capacitive properties or a certain capacity).
  • a first independent aspect for solving the problem relates to a contact element for a plug connector, having a conductive contact element body, wherein the contact element body has at least one adaptation structure, which is designed and provided to adapt electrical properties of the contact element and / or the plug connector by modifying the adaptation structure and /or to adjust.
  • a contact element is understood to be in particular an electrical conductor, which is part of a plug connector, in particular a plug connector base or a plug connector plug.
  • the contact element is designed to transmit electrical signals, for example from a cable to a circuit board and/or vice versa.
  • the contact element has a conductive, in particular cylindrically shaped or cylindrical, contact element body.
  • the contact element body is solid, in particular as a solid cylinder.
  • the contact element body can be formed from a metal or a metal alloy.
  • the contact element body preferably has copper and/or one or more copper alloys, in particular copper-beryllium (CuBe), bronze (CuSn) and/or brass (CuZn), or is made from one or more of these materials.
  • CuBe copper-beryllium
  • CuSn bronze
  • CuZn brass
  • the contact element or the contact element body according to the invention has at least one (e.g. exactly one) modifiable adaptation structure or a modifiable adaptation element, with which electrical properties of the contact element, in particular with regard to one or more further contact elements (which in particular in a defined and / or predetermined distance, preferably parallel, to said contact element is / are arranged) by a modification (in particular a physical and / or geometric modification or change) of the adaptation structure and / or adjust.
  • modifiable adaptation structure or a modifiable adaptation element with which electrical properties of the contact element, in particular with regard to one or more further contact elements (which in particular in a defined and / or predetermined distance, preferably parallel, to said contact element is / are arranged) by a modification (in particular a physical and / or geometric modification or change) of the adaptation structure and / or adjust.
  • Electrical properties of the contact element can include, for example, capacitive and/or impedantic properties, in particular a capacitance and/or an impedance, and/or an air gap and/or a creepage distance.
  • the adaptation structure is a capacity adaptation structure, which is designed and provided to adapt and/or set capacitive properties or a capacity of the contact element and/or the plug connector.
  • the adaptation structure may be an impedance adaptation structure, which is designed and provided to adapt and/or set an impedance of the contact element and/or the plug connector.
  • the electrical properties of the contact element and/or the plug connector can advantageously be adapted and/or optimized to the respective circumstances or requirements, depending on the arrangement and/or the environment of the contact element in the plug connector.
  • the adaptation structure preferably represents a local enlargement or local thickening of the (in particular cylindrical) contact element body.
  • the adaptation structure is designed as a substantially annular structure or as an annular element, which surrounds a section, in particular an end section, of the contact element body .
  • the modification of the adaptation structure comprises a (targeted) removal of material from the adaptation structure, in particular in such a way that the adaptation structure has a flat surface with a predetermined surface area as a result of the material removal.
  • the adaptation structure is designed in such a way that the modification of the adaptation structure can be carried out (in a targeted manner) by removing material from the adaptation structure.
  • the material removal can be carried out in particular by machining.
  • the material removal can be carried out in particular by milling and/or grinding (in particular deep grinding) and/or cutting (e.g. with a saw blade) and/or impacting and/or by laser ablation of the adaptation structure.
  • the adaptation structure is designed (and/or shaped) in such a way that the size of a flat surface resulting from material removal from the adaptation structure depends on a removal depth.
  • the adaptation structure is formed on an axial end section or an axial end of the contact element body.
  • the adaptation structure is formed on a contact pin of the contact element body.
  • the adaptation structure can be designed as a contact pin (also referred to as a contact pin) or shaped into a contact pin.
  • the contact pin is designed in particular to electrically contact a contact on a printed circuit board or circuit board and/or to be soldered to it.
  • the contact pin can be designed to be inserted into a complementary contact socket (in particular a female contact element).
  • the adaptation structure can represent a contact pin for contacting a contact on a circuit board or for insertion into a contact socket.
  • the adaptation structure therefore preferably not only has a modifiable area or surface for adjusting electrical properties, but at the same time represents a contact pin.
  • the contact pin is in particular as a tapered section, in particular as a tapered end section, of the contact element or Contact element body formed.
  • the adaptation structure has a substantially flat surface (or surface), in particular as a result of a modification (or material removal).
  • the flat surface preferably extends parallel to a longitudinal axis of the contact element or contact element body.
  • a normal vector of the flat surface is preferably aligned orthogonally to the longitudinal axis of the contact element or contact element body.
  • a “flat surface or surface” is understood to mean, in particular, a surface or surface for which the following applies: for every two points on the surface or surface, a distance running through these two points also lies completely in the surface or surface.
  • the contact element body can, for example, also have a socket for inserting a contact pin.
  • the contact element body can have a solder connection for soldering an electrical conductor (in particular a stranded wire).
  • a solder connection (also referred to herein as a solder contour or solder surface) is preferably designed as a flat surface (or surface) of the contact element body.
  • an axial end section of the contact element body can be flattened and have a substantially flat surface (or surface) for soldering an electrical conductor (or a stranded wire).
  • a “flat surface or surface” is understood to mean in particular a surface or surface for which it applies that for every two points on the surface or surface there is also a distance running through these two points completely in the surface or surface lies.
  • the flat surface can be created, for example, by milling off an end section of the contact element body, which is why the flat surface in this case can also be referred to as a “milled surface” or “milled surface”. It is understood that the flat surface can alternatively also be produced by other methods, such as cutting (in particular with a saw blade), impacting and/or laser ablation.
  • the electrical conductor can be soldered to the flat surface of the solder end section or solder connection, in particular with the aid of solder.
  • the axial soldering end section of the contact element or contact element body is preferably designed as a solid half cylinder (ie as a flattened solid cylinder).
  • the axial soldering end section of the contact element body is flattened in such a way that an electrical conductor coming from a plurality of directions (or coming from several sides, for example from the front, from the right and / or from the left) is placed on the axial end section for soldering can be.
  • solder connection designed in this way offers the advantage, in comparison to a conventional solder cup, that with a large number of contact elements arranged parallel to one another, a cable whose strands are to be soldered to the contact elements can remain twisted as long or as far as possible, ie except for a small end section of the cable.
  • soldering the cable it is sufficient to expose only a small piece of the cable's strand or to remove the cable shield from only a small end section of the cable.
  • the conductors or strands of the cable do not have to be inserted into a hollow cylinder from a very specific direction, as is the case with a conventional soldering cup, but can be guided (for example from above or laterally, especially in pairs) to the soldering connection or the soldering surface. This makes soldering the conductors or strands of a cable much easier.
  • the contact element or the contact element body thus has an adaptation structure with a first flat surface (or surface) and a solder connection (or a solder contour) with a second flat surface (or surface).
  • the first flat surface ie the flat surface of the adaptation structure
  • the second flat surface ie the flat surface of the solder connection
  • the first flat surface is formed on a first radial end section of the contact element or contact element body
  • the second flat surface is formed on a second radial end section of the contact element or contact element body, which is opposite the first radial end section.
  • first flat surface and the second flat surface are each formed on different (in particular opposite) radial sides of the (cylindrical) contact element or contact element body.
  • first flat surface or surface and the second flat surface or surface face away from each other.
  • first flat surface (of the adaptation structure) and the second flat surface (of the solder connection) are designed and/or arranged such that a normal vector of the first flat surface or surface is aligned opposite to a normal vector of the second flat surface or surface.
  • two contact elements are arranged parallel to one another in such a way that the first flat surfaces (ie the flat surfaces of the adaptation structures) of the two contact elements face each other and the second flat surfaces (ie the flat surfaces of the solder connections) of the two contact elements face away from each other.
  • electrical properties eg capacitive and/or impedantic properties, in particular a capacitance and/or an impedance
  • electrical properties can be adapted and/or adjusted.
  • the electrical properties that occur at a specific or predetermined Distance between the first and second contact elements arranged parallel to one another or one above the other is present, adjusted and / or adjusted.
  • the adaptation structure of at least one of the contact elements of the contact element system may have been modified (in particular geometrically changed, such as milled or cut) to adapt the electrical properties of the contact element system and/or the plug connector.
  • the adaptation structure of the first contact element and the adaptation structure of the second contact element each have a substantially flat surface (or surface).
  • the adaptation structure of the first contact element and the adaptation structure of the second contact element were modified such that they each have a substantially flat surface (or surface).
  • the first contact element and the second contact element (or the respective contact element bodies) are preferably arranged parallel to one another (and/or one above the other) in such a way that the flat surface of the adaptation structure of the first contact element and the flat surface of the adaptation structure of the second contact element face each other.
  • the contact element system comprises at least one unmodified contact element (eg without an adaptation structure or with an unmodified adaptation structure) and at least one modified contact element (with a modified adaptation structure).
  • the contact element system comprises at least two differently modified contact elements.
  • the contact element system can comprise at least one unmodified contact element without an adaptation structure and at least one contact element with a modified adaptation structure.
  • the contact element system it is also possible for the contact element system to comprise at least two contact elements with differently modified adaptation structures.
  • an “unmodified contact element” is a contact element without an adaptation structure or a Contact element understood with an unmodified adaptation structure.
  • a “modified contact element” is understood to mean, in particular, a contact element with a modified adaptation structure.
  • the contact element system comprises four unmodified contact elements (e.g. each without an adaptation structure, or each with an unmodified adaptation structure, or a combination of one or more contact elements without an adaptation structure and one or more contact elements with an unmodified adaptation structure) and six modified contact elements ( each with a modified adaptation structure).
  • the modified adaptation structures of the six modified contact elements each have a substantially flat surface (or surface).
  • the adaptation structures of the six modified contact elements were modified in such a way that they each have a substantially flat surface (or surface).
  • the six modified contact elements include three contact element pairs, each with two modified contact elements, the two modified contact elements of each contact element pair being arranged parallel to one another in such a way that the flat surfaces of the adaptation structures of the two modified contact elements of each contact element pair face each other.
  • two modified contact elements of a first contact element pair of the three contact element pairs are arranged rotated by 90° relative to each of the remaining modified contact elements of the other two contact element pairs with respect to the flat surfaces.
  • the contact elements of the three contact element pairs are preferably arranged such that a normal vector of the two modified contact elements of a first contact element pair of the three contact element pairs is aligned perpendicular to the normal vectors of all of the remaining modified contact elements of the other two contact element pairs.
  • the four unmodified contact elements viewed in a section perpendicular to the longitudinal axes of the contact elements (or with respect to a section plane perpendicular to the longitudinal axes of the contact elements), are arranged at the corners of a rectangle.
  • the four unmodified contact elements are arranged such that their axial end sections or end points (and/or, if present, their adaptation structures) form the corners of a rectangle.
  • the four unmodified contact elements are arranged in such a way that a virtual connecting line, which each has a first axial end and/or a first axial end section and/or a first axial end point (and/or in particular, if present, the adaptation structures) of the unmodified ones Connects contact elements together, essentially forming a rectangle.
  • the four unmodified contact elements (or their axial ends and in particular their adaptation structures) are arranged in a rectangle or at the corners of a rectangle.
  • the connector base has a base insulating element for electrically insulating the base or socket contact elements.
  • the connector base preferably has a base housing, which in particular surrounds the base insulating element and thus also the base contact elements.
  • the connector plug preferably has a plug insulating element for electrically insulating the plug contact elements.
  • the connector plug in particular has a plug housing, which preferably surrounds the plug insulating element and thus also the plug contact elements.
  • the base insulating element and the plug insulating element are made of plastic.
  • the connector base has drilling or screw holes in order to attach the connector base to a circuit board using screws, namely preferably in such a way that the base contact elements are electrically connected to associated contacts on the circuit board.
  • the base contact elements each have a socket for inserting a contact pin.
  • the plug contact elements preferably each have a solder connection (already described above) or a flat surface for soldering an electrical conductor (or a stranded wire).
  • the location information chosen in this description are each related to the figure directly described and shown and are to be transferred accordingly to the new position when the position changes.
  • the Figure 1 shows a schematic drawing of a contact element 10a according to a preferred embodiment of the present invention in a perspective view.
  • the contact element 10a is designed for use in a plug connector and has a cylindrical conductive contact element body 1.
  • At least one adaptation element or an adaptation structure 5 is formed on the contact element body 1 at a first end section E1 of the contact element 10a.
  • this adaptation structure 5 represents a local thickening and/or casing of the contact element body 1.
  • the adaptation structure 5 is designed and provided for electrical properties of the contact element 10a and/or a plug connector in which the contact element can be arranged by modifying the adaptation structure 5 to adapt and/or adjust.
  • the adaptation structure 5 of the contact element 10a has already been modified.
  • material was removed from a radial side of the cylindrical or annular adaptation structure 5 in such a way that a substantially flat surface F1 was formed.
  • the contact element 10a also has a contact pin or contact pin 2, which is inserted into a complementary socket 6 (see Figure 1c ) can be introduced to establish an electrical connection with another contact element 10b (see Figure 1c ).
  • the adaptation structure 5 is formed directly on the contact pin 2 of the contact element 10a.
  • the contact pin 2 is designed as a tapered end portion of the contact element body 1a and has a contact tip at its axial end.
  • a soldering connection or a soldering contour 8 for soldering an electrical conductor to the conductive contact element body 1a.
  • the solder connection 8 is formed as a flat surface (or surface) F2 of the contact element body 1a.
  • the axial end section E2 of the contact element body 1a is flattened so that it has a substantially flat surface (or surface) for placing and soldering an electrical conductor.
  • the flat surface F2 of the solder connection 8 can also be produced by material removal, in particular by milling, grinding, cutting, butting and/or by laser ablation of the end section E2 of the contact element body 1a.
  • An electrical conductor such as a strand of a cable, can be soldered to the flat surface F2 of the second end section E2 using solder, thereby creating a mechanical and electrical connection between the electrical conductor and the contact element 10a.
  • the axial soldering end section E2 of the contact element 10a has the shape and/or geometry of a solid half cylinder (or flattened solid cylinder).
  • An electrical conductor can thus be placed and soldered onto the axial end section E2 coming from a variety of directions (or from several sides, for example from the front, from the right and/or from the left).
  • a flat soldering surface significantly facilitates the soldering of a corresponding number of electrical conductors or strands, particularly in the case of a plug connector which has a large number of contact elements 10a.
  • the contact element 10a or the contact element body 1a has an adaptation structure 5 with a first flat surface F1 and a soldering contour or a soldering connection 8 with a second flat surface F2.
  • the first flat surface F1 is formed on the first axial end section E1 of the contact element 10a or contact element body 1a, while the second flat surface F2 is formed on the second axial end section E2.
  • Both flat surfaces F1 and F2 extend parallel to a longitudinal axis L of the contact element body 1a.
  • the first flat surface F1 and the second flat surface F2 are formed on opposite radial sides of the cylindrical contact element body 1a, ie the first flat surface F1 faces away from the second flat surface F2.
  • the flat surfaces F1 and F2 are arranged and/or designed in such a way that a normal vector or a direction R1 _ the first flat surface F1 opposite to a normal vector or a direction R2 _ the second flat surface F2 is aligned.
  • such a configuration has the advantage that when two contact elements 10a are arranged in parallel (as for example in the Figure 2a shown) by means of the adaptation structures 5 on the first axial end sections E1 of the contact elements 10a, electrical properties of the contact elements 10a or the pair of contact elements can be adjusted, while on the second end sections E2 of the contact elements 10a independently of or despite the soldering of strands of one or more cables a very specific predefined distance D (see also Figure 6b ) between the second end sections E2 of the contact elements 10a can be maintained.
  • this distance D is not influenced by the application of solder.
  • the Figure 1c shows a schematic drawing of a contact element 10b according to a further preferred embodiment of the present invention in a perspective view.
  • the end section E2 of the contact element body 1b of the contact element 10b is designed as a socket 6.
  • the contact element body 1b has an opening or a slot.
  • the adaptation structure 5 is designed in such a way that the size A is determined by material removal (e.g. milling or Cutting) of the adaptation structure 5 resulting flat surface F1 depends on a removal depth.
  • the size of the area F1 can thus be determined by the amount of material that is removed from the adaptation structure.
  • the surface F1 and thus also electrical properties of the contact element such as a capacitance or an impedance, in particular in connection with at least one further contact element arranged parallel to the contact element, can be adapted and/or adjusted.
  • the Figure 2a shows a schematic drawing of a contact element system 50 (here, for example, a "SuperSpeed transmitter differential pair" for a "USB 3.1 - Socket and Plug” circular connector) according to a preferred embodiment of the present invention.
  • the contact element system 50 of Figure 2a comprises two contact elements 10b arranged parallel to one another, which can be arranged in particular in a base element (here the female part) of a plug connector, and two contact elements 10a arranged parallel to one another, which can be arranged in particular in a plug element (ie the male part) of the plug connector.
  • the contact pins 2 of the plug contact elements 10a are inserted into the sockets 6 of the socket contact elements 10b.
  • An electrical conductor or a strand 13 of a cable 18 is soldered to the flat surfaces of the soldering end sections E2 of the plug contact elements 10a.
  • the two contact elements 10a are arranged parallel to one another in such a way that the first flat surfaces F1 of the adaptation structures 5 face each other, while the second flat surfaces F2 (ie the flat surfaces of the solder connections formed by the end sections E2) the two contact elements 10a face away from each other.
  • the Figure 2b shows an enlarged section of the adaptation structures 5 of the socket contact element pair (comprising two socket contact elements 10b arranged parallel to one another) of the contact element system 50 from Figure 2a .
  • the Figure 2c shows an enlarged section of the adaptation structures 5 of the plug contact element pair (comprising two plug contact elements 10a arranged parallel to one another) of the contact element system 50 from Figure 2a .
  • the flat surfaces F1 of the modified adaptation structures 5 are spaced apart by a distance d.
  • the Figure 2d shows a waveguide equivalent circuit diagram for a pair of contact elements arranged in parallel or one above the other, as in each case Figures 2a to 2c shown as an example.
  • the contact element pair can be, for example, a differential contact element pair.
  • Z L ′ C ′ .
  • the impedance Z is therefore dependent on the capacitance or the capacitance C' at a constant L' .
  • the capacity of a pair of contact elements can be adjusted in particular via the size A of the area F1.
  • the following applies to the capacity C: C ⁇ ⁇ A d
  • the capacity therefore depends on the size A of the area F1 and the distance d.
  • the size A can be adjusted by modifying the adaptation structure 5 of the contact elements 10a and 10b.
  • the capacity C can be adjusted by modifying the adaptation structure 5 of the contact elements 10a or 10b. In particular, the capacity C can be increased by flattening the adaptation structure 5 and thus increasing the area F1 or A.
  • a particular challenge with connectors is to achieve the most constant impedance possible, which is at least within certain tolerance limits.
  • a desired or permissible impedance range can be between 80 ⁇ and 100 ⁇ .
  • a measurement result of the impedance as a function of time for differential standard contact element pairs without matching structures is shown, while in the Figure 3b the corresponding measurement result for differential contact element pairs with adaptation structures according to the invention is shown.
  • the measured impedances of the standard contact element pairs are sometimes outside the tolerance limits specified above (see the diagram of Figure 3a ), while the measured impedances for the contact element pairs with modified matching structures and thus adapted or optimally set capacitances lie within the tolerance limits specified above (see the diagram of Figure 3b ).
  • the Figure 4a shows a schematic drawing of a contact element system 50 according to a further preferred embodiment of the present invention.
  • the contact element system 50 includes a first contact element system 50a and a second contact element system 50b.
  • the contact element system 50a includes a Variety of contact elements 10a (see also the Figures 1a and 1b ), while the contact element system 50b has a plurality of contact elements 10b (see also the Figure 1c ).
  • a corresponding number of cables 18 are guided through a cable guide element 16, and the strands of these cables are soldered to the solder connections 8 of the contact elements 10a.
  • the contact pins 2 of the contact elements 10a are inserted or plugged into the sockets 6 of the contact elements 10b.
  • the Figure 4b shows a schematic drawing of the contact element system 50 from Figure 4a , wherein the plug contact elements 10b are at least partially surrounded by a plug insulating element 20.
  • a corresponding socket insulating element in the Figure 4b not shown) in particular also surrounds the socket contact elements 10a.
  • a socket insulating element is in the Figure 4b however omitted.
  • the Figure 5 shows a schematic drawing of a connector 100 according to a preferred embodiment of the present invention in a perspective side view.
  • the connector 100 which in the embodiment shown represents a circular connector (in particular a USB 3.1 circular connector), includes, as in the Figures 4a and 4b shown, a contact element system 50 with a plurality of contact elements 10a (in Figure 5 not recognizable) and 10b.
  • the connector 100 has a connector plug 30 with a first contact element system 50a, the contact elements 10a (in Figure 5 not recognizable) each has a contact pin 2, which can be inserted into one of the contact sockets 6 (see in particular the Figures 1a to 1c ).
  • the plug connector 100 has a plug connector base 40 with a second contact element system 50b, the contact elements 10b of which each have a contact socket 6 for receiving one of the contact pins 2 of the contact elements 10a.
  • This in Figure 5 Element 30 shown represents a connector plug or a plug housing, while the element 40 represents a connector socket or a socket housing.
  • the connector plug has a plug contact element system 50a with a plurality of contact elements 10a, a plug insulating element 20 for insulating the plug contact elements 10a, and a plug housing 30 which contains the plug insulating element 20 and thus also the plug contact elements 10a surrounds.
  • the connector base in particular has a base contact element system 50b with a plurality of base contact elements 10b, a base insulating element for insulating the base contact elements 10b, and a base housing 40, which contains the base insulating element and thus also the base Contact elements 10b surrounds.
  • the connector base 40 also has four drilling or screw holes in order to attach the connector base to a circuit board (not shown in the figures) with screws, preferably in such a way that the base contact elements 10b with associated contacts the circuit board are electrically connected.
  • the Figure 6a shows a schematic drawing of the connector 100 from Figure 5 in a front view.
  • the connector 100 or the contact element system 50 arranged in the connector 100 includes both unmodified contact elements (ie contact elements without an adaptation structure and/or contact elements with an unmodified adaptation structure) and modified contact elements (ie contact elements with a modified adaptation structure).
  • the contact element system 50 includes at least two differently modified contact elements.
  • the contact element system 50 as in the Figure 6a shown include four unmodified contact elements (each without an adaptation structure) and six contact elements, each with a modified adaptation structure.
  • the contact element system 50 it would also be possible for the contact element system 50 to include at least two contact elements with differently modified adaptation structures.
  • Two each Contact elements 10b arranged one above the other or next to one another, each of which has a modified adaptation structure form a differential contact element pair 15 (“Differential Pair”).
  • the connector or the contact element system 50 comprises four unmodified contact elements (each of which have no adaptation structure), and six modified contact elements, each with a modified adaptation structure.
  • the modified adaptation structures of the six modified contact elements each have a flat surface.
  • the six modified contact elements include three contact element pairs 15 (in particular "differential pairs"), each with two modified contact elements, the two modified contact elements of each contact element pair 15 being arranged parallel to one another in such a way that the flat surfaces of the adaptation structures of the two modified contact elements of each contact element pair 15 are facing each other.
  • Two modified contact elements of a first contact element pair of the three contact element pairs are also arranged rotated by 90° relative to each of the remaining modified contact elements of the other two contact element pairs with respect to the flat surfaces.
  • the four unmodified contact elements viewed in a section perpendicular to the longitudinal axes of the unmodified contact elements, are arranged at the corners of a rectangle.
  • the four unmodified contact elements are arranged such that their axial end sections E1 (see, for example, Figure 1c ) form the corners of a rectangle.
  • the Figure 6b shows a schematic drawing of a section of the connector from Figure 5 in a perspective rear view.
  • the end sections E2 or the solder connections 8 of the plug contact elements 10a see also the Figures 1a and 1b .
  • the Figure 6b Only two of the ten connected cables 18 are shown, while the remaining eight cables are hidden.
  • the two modified contact elements 10a of each pair of contact elements 15 each have a predetermined distance D at the end sections E2 or the solder connections 8.
  • the contact elements 10a By arranging the contact elements 10a in such a way that in the contact element pairs 15 the flat soldering surfaces 8 of the two contact elements involved are facing away from each other, it can advantageously be ensured that the distance D always remains the same regardless of the solder introduced when soldering the strands. This advantageously ensures electrical properties that are as constant as possible, such as a capacitance and/or impedance of the plug connector 100 or the contact element system 50 arranged in the plug connector 100 that is as constant as possible.

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  • Details Of Connecting Devices For Male And Female Coupling (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Kontaktelement (10a; 10b) für einen Steckverbinder (100), ein Kontaktelementsystem (50) und einen Steckverbinder (100). Dabei umfasst das Kontaktelement (10a; 10b) für einen Steckverbinder (100) einen leitfähigen Kontaktelementkörper (1a; 1b), welcher zumindest eine Anpassungsstruktur (5) aufweist, welche ausgelegt und vorgesehen ist, elektrische Eigenschaften des Kontaktelements (10a; 10b) und/oder des Steckverbinders (100) durch eine Modifikation der Anpassungsstruktur (5) anzupassen und/oder einzustellen.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Kontaktelement für einen Steckverbinder, ein Kontaktelementsystem und einen Steckverbinder.
  • Für eine schnelle und möglichst störungsfreie Signalübertragung durch einen Steckverbinder spielen die Kontaktelemente des Steckverbinders eine entscheidende Rolle. So ist es beispielsweise bei einer symmetrischen Signalübertragung (auch bekannt als differenzielle Signalübertragung), wie sie z.B. bei USB zum Einsatz kommt, wichtig, dass die Kontaktelemente und insbesondere die Kontaktelementpaare (im Falle einer differenziellen Signalübertragung die sogenannten Differenzial-Paare) eines Steckverbinders bestimmte elektrische Eigenschaften (wie z.B. eine bestimmte Impedanz und/oder bestimmte kapazitive Eigenschaften bzw. eine bestimmte Kapazität) aufweisen.
  • Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein hinsichtlich der Signalübertragung verbessertes Kontaktelement für einen Steckverbinder, ein hinsichtlich der Signalübertragung verbessertes Kontaktelementsystem sowie einen hinsichtlich der Signalübertragung verbesserten Steckverbinder bereitzustellen. Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der nebengeordneten Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Ein erster unabhängiger Aspekt zur Lösung der Aufgabe betrifft ein Kontaktelement für einen Steckverbinder, aufweisend einen leitfähigen Kontaktelementkörper, wobei der Kontaktelementkörper zumindest eine Anpassungsstruktur aufweist, welche ausgelegt und vorgesehen ist, elektrische Eigenschaften des Kontaktelements und/oder des Steckverbinders durch eine Modifikation der Anpassungsstruktur anzupassen und/oder einzustellen.
  • Als Kontaktelement wird im Rahmen dieser Erfindung insbesondere ein elektrischer Leiter verstanden, welcher Bestandteil eines Steckverbinders, insbesondere eines Steckverbinder-Sockels oder eines Steckverbinder-Steckers, ist. Das Kontaktelement ist ausgelegt, um elektrische Signale zu übertragen, z.B. von einem Kabel zu einer Leiterplatte und/oder umgekehrt. Das Kontaktelement weist einen leitfähigen, insbesondere zylindrisch geformten bzw. zylindrischen, Kontaktelementkörper auf. Vorzugsweise ist der Kontaktelementkörper massiv, insbesondere als massiver Zylinder, ausgebildet. Der Kontaktelementkörper kann aus einem Metall oder einer Metalllegierung gebildet sein. Vorzugsweise weist der Kontaktelementkörper Kupfer und/oder eine oder mehrere Kupferlegierungen, insbesondere Kupfer-Beryllium (CuBe), Bronze (CuSn) und/oder Messing (CuZn), auf bzw. ist aus einem oder mehreren dieser Materialien gefertigt. Es versteht sich, dass grundsätzlich auch beliebig andere Materialien, die sich für eine Signalübertragung eignen, wie z.B. Silber und/oder Gold, zur Ausbildung des Kontaktelementkörpers verwendet werden können.
  • Das erfindungsgemäße Kontaktelement bzw. der Kontaktelementkörper weist zumindest eine (z.B. genau eine) modifizierbare Anpassungsstruktur bzw. ein modifizierbares Anpassungselement auf, mit der bzw. dem elektrische Eigenschaften des Kontaktelements, insbesondere bezüglich eines oder mehreren weiteren Kontaktelementen (welches/welche insbesondere in einem definierten und/oder vorgegebenen Abstand, vorzugsweise parallel, zum besagten Kontaktelement angeordnet ist/sind), durch eine Modifikation (insbesondere eine physische und/oder geometrische Modifikation bzw. Änderung) der Anpassungsstruktur anzupassen und/oder einzustellen.
  • Elektrische Eigenschaften des Kontaktelements (bzw. eines Kontaktelementpaares) können z.B. kapazitive und/oder impedantische Eigenschaften, insbesondere eine Kapazität und/oder eine Impedanz, und/oder eine Luftstrecke und/oder eine Kriechstrecke umfassen. Vorzugsweise ist die Anpassungsstruktur eine Kapazitätsanpassungsstruktur, welche ausgelegt und vorgesehen ist, kapazitive Eigenschaften bzw. eine Kapazität des Kontaktelements und/oder des Steckverbinders anzupassen und/oder einzustellen. Alternativ oder zusätzlich kann die Anpassungsstruktur eine Impedanz-Anpassungsstruktur sein, welche ausgelegt und vorgesehen ist, eine Impedanz des Kontaktelements und/oder des Steckverbinders anzupassen und/oder einzustellen.
  • Mit Hilfe der Anpassungsstruktur können die elektrischen Eigenschaften des Kontaktelements und/oder des Steckverbinders, je nach Anordnung und/oder der Umgebung des Kontaktelements im Steckverbinder, vorteilhafterweise an die jeweiligen Gegebenheiten bzw. Anforderungen angepasst und/oder optimiert werden.
  • Vorzugsweise stellt die Anpassungsstruktur eine lokale Vergrößerung bzw. lokale Verdickung des (insbesondere zylindrischen) Kontaktelementkörpers dar. Insbesondere ist die Anpassungsstruktur als eine im Wesentlichen ringförmige Struktur bzw. als ringförmiges Element ausgebildet, welche bzw. welches einen Abschnitt, insbesondere einen Endabschnitt, des Kontaktelementkörpers umgibt.
  • Vorzugsweise umfasst die Modifikation der Anpassungsstruktur einen (gezielten) Materialabtrag der Anpassungsstruktur, insbesondere derart, dass durch den Materialabtrag die Anpassungsstruktur eine ebene Fläche mit einem vorgegebenen Flächeninhalt aufweist. Insbesondere ist die Anpassungsstruktur derart beschaffen, dass die Modifikation der Anpassungsstruktur (gezielt) durch einen Materialabtrag der Anpassungsstruktur erfolgen kann. Der Materialabtrag kann insbesondere durch eine spanende Bearbeitung erfolgen. Der Materialabtrag kann insbesondere durch ein Fräßen und/oder Schleifen (insbesondere Tiefschleifen) und/oder Schneiden (z.B. mit einem Sägeblatt) und/oder Stoßen und/oder durch eine Laserablation der Anpassungsstruktur erfolgen.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Anpassungsstruktur derart ausgebildet (und/oder geformt), dass die Größe einer durch einen Materialabtrag der Anpassungsstruktur resultierenden ebenen Fläche von einer Abtragungstiefe abhängt. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Anpassungsstruktur an einem axialen Endabschnitt bzw. einem axialen Ende des Kontaktelementkörpers ausgebildet.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Anpassungsstruktur an einem Kontakt-Pin des Kontaktelementkörpers ausgebildet. Insbesondere kann die Anpassungsstruktur als Kontakt-Pin (auch als Kontaktstift bezeichnet) ausgebildet oder zu einem Kontakt-Pin geformt sein. Der Kontakt-Pin ist insbesondere ausgelegt, um einen Kontakt auf einer Leiterplatte bzw. Platine elektrisch zu kontaktieren und/oder um daran festgelötet zu werden. Alternativ kann der Kontakt-Pin ausgelegt sein, um in eine komplementäre Kontakt-Buchse (insbesondere eines weiblichen Kontaktelements) eingeführt zu werden. Mit anderen Worten kann die Anpassungsstruktur einen Kontakt-Pin zum Kontaktieren eines Kontakts auf einer Leiterplatte oder zum Einführen in eine Kontakt-Buchse darstellen. Die Anpassungsstruktur weist somit vorzugsweise nicht nur eine modifizierbare Fläche bzw. Oberfläche zum Einstellen von elektrischen Eigenschaften auf, sondern stellt gleichzeitig einen Kontakt-Pin dar. Der Kontakt-Pin ist insbesondere als ein verjüngter Abschnitt, insbesondere als ein verjüngter Endabschnitt, des Kontaktelements bzw. Kontaktelementkörpers ausgebildet.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Anpassungsstruktur, insbesondere in Folge einer Modifikation (bzw. eines Materialabtrags), eine im Wesentlichen ebene Fläche (bzw. Oberfläche) auf. Die ebene Fläche erstreckt sich vorzugsweise parallel zu einer Längsachse des Kontaktelements bzw. Kontaktelementkörpers. Mit anderen Worten ist ein Normalenvektor der ebenen Fläche vorzugsweise orthogonal zur Längsachse des Kontaktelements bzw. Kontaktelementkörpers ausgerichtet. Dabei wird unter einer "ebenen Fläche bzw. Oberfläche" insbesondere eine Fläche bzw. Oberfläche verstanden, für die gilt, dass zu je zwei Punkten der Fläche bzw. Oberfläche auch eine durch diese zwei Punkte verlaufende Strecke vollständig in der Fläche bzw. Oberfläche liegt.
  • Der Kontaktelementkörper kann z.B. ferner eine Buchse zum Einführen eines Kontakt-Pins aufweisen. Alternativ oder zusätzlich kann der Kontaktelementkörper einen Lötanschluss zum Anlöten eines elektrischen Leiters (insbesondere einer Litze) aufweisen.
  • Ein Lötanschluss (hierin auch als Lötkontur oder Lötfläche bezeichnet) ist vorzugsweise als eine ebene Fläche (bzw. Oberfläche) des Kontaktelementkörpers ausgebildet. Insbesondere kann ein axialer Endabschnitt des Kontaktelementkörpers abgeflacht sein und eine im Wesentlichen ebene Fläche (bzw. Oberfläche) zum Anlöten eines elektrischen Leiters (bzw. einer Litze) aufweisen. Dabei wird auch hier unter einer "ebenen Fläche bzw. Oberfläche" insbesondere eine Fläche bzw. Oberfläche verstanden, für die gilt, dass zu je zwei Punkten der Fläche bzw. Oberfläche auch eine durch diese zwei Punkte verlaufende Strecke vollständig in der Fläche bzw. Oberfläche liegt. Die ebene Fläche kann z.B. durch ein Abfräsen eines Endabschnitts des Kontaktelementkörpers erzeugt werden, weshalb die ebene Fläche in diesem Fall auch als "abgefräste Fläche" bzw. "abgefräste Oberfläche" bezeichnet werden kann. Es versteht sich, dass die ebene Fläche jedoch alternativ auch durch andere Methoden, wie z.B. durch ein Schneiden (insbesondere mit einem Sägeblatt), einem Stoßen und/oder mittels Laserablation, erzeugt werden kann.
  • Der elektrische Leiter ist insbesondere mit Hilfe von Lötzinn auf der ebenen Oberfläche des Löt-Endabschnitts bzw. Lötanschlusses anlötbar. Im Gegensatz zu einem konventionellen Lötkelch (welcher einen Hohlzylinder umfasst, in den der elektrische Leiter von oben eingeführt werden muss) ist der axiale Löt-Endabschnitt des Kontaktelements bzw. Kontaktelementkörpers vorzugsweise als ein massiver Halbzylinder (d.h. als ein abgeflachter massiver Zylinder) ausgebildet. Insbesondere ist der axiale Löt-Endabschnitt des Kontaktelementkörpers derart abgeflacht, dass ein elektrischer Leiter aus einer Vielzahl von Richtungen kommend (bzw. von mehreren Seiten kommend, also z.B. von vorne, von rechts und/oder von links) auf den axialen Endabschnitt zum Anlöten gelegt werden kann. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wurde erkannt, dass ein derart ausgebildeter Lötanschluss im Vergleich zu einem konventionellen Lötkelch vor allem den Vorteil bietet, dass bei einer Vielzahl von parallel zueinander angeordneten Kontaktelementen ein Kabel, dessen Litzen jeweils an die Kontaktelemente angelötet werden sollen, möglichst lange oder möglichst weit, d.h. bis auf einen kleinen Endabschnitt des Kabels, verdrillt bleiben kann. Zudem ist es für das Anlöten des Kabels ausreichend, nur ein kleines Stück der Litze des Kabels freizulegen bzw. den Kabelschirm nur an einen kleinen Endabschnitt des Kabels zu entfernen. Insbesondere müssen die Leiter bzw. Litzen des Kabels nicht wie bei einem konventionellen Lötkelch aus einer ganz bestimmten Richtung in einen Hohlzylinder eingeführt werden, sondern können (beispielsweise von oben oder auch seitlich, insbesondere paarweise) an den Lötanschluss bzw. die Lötfläche herangeführt werden. Dies erleichtert wesentlich das Verlöten der Leiter bzw. Litzen eines Kabels.
  • Das Kontaktelement bzw. der Kontaktelementkörper weist somit in einer bevorzugten Ausführungsform eine Anpassungsstruktur mit einer ersten ebenen Fläche (bzw. Oberfläche) und einen Lötanschluss (bzw. eine Lötkontur) mit einer zweiten ebenen Fläche (bzw. Oberfläche) auf. Vorzugsweise ist die erste ebene Fläche (d.h. die ebene Fläche der Anpassungsstruktur) an einem ersten axialen Endabschnitt des Kontaktelements bzw. Kontaktelementkörpers ausgebildet, während die zweite ebene Fläche (d.h. die ebene Fläche des Lötanschlusses) an dem zweiten axialen Endabschnitt ausgebildet ist. Vorzugsweise ist die erste ebene Fläche an einem ersten radialen Endabschnitt des Kontaktelements bzw. Kontaktelementkörpers ausgebildet, während die zweite ebene Fläche an einem zweiten radialen Endabschnitt des Kontaktelements bzw. Kontaktelementkörpers, der dem ersten radialen Endabschnitt gegenüberliegt, ausgebildet. Mit anderen Worten sind die erste ebene Fläche und die zweite ebene Fläche auf jeweils unterschiedlichen (insbesondere gegenüberliegenden) radialen Seiten des (zylindrischen) Kontaktelements bzw. Kontaktelementkörpers ausgebildet. Mit anderen Worten sind die die erste ebene Fläche bzw. Oberfläche und die zweite ebene Fläche bzw. Oberfläche voneinander abgewandt. Insbesondere sind die erste ebene Fläche (der Anpassungsstruktur) und die zweite ebene Fläche (des Lötanschlusses) derart ausgebildet und/oder angeordnet, dass ein Normalenvektor der ersten ebenen Fläche bzw. Oberfläche entgegengesetzt zu einem Normalenvektor der zweiten ebenen Fläche bzw. Oberfläche ausgerichtet ist. Dies hat den Vorteil, dass bei einem parallelen Anordnen zweier solcher Kontaktelemente, z.B. zu einem "Differential-Kontaktelementpaar" (engl. "differential pair"), mittels der Anpassungsstrukturen an den ersten axialen Endabschnitten der Kontaktelemente elektrische Eigenschaften der Kontaktelemente bzw. des Kontaktelementpaares eingestellt werden können, während an den zweiten Endabschnitten der Kontaktelemente unabhängig vom bzw. trotz dem Anlöten von Litzen eines oder mehrerer Kabel ein ganz bestimmter vordefinierter Abstand zwischen den zweiten Endabschnitten der Kontaktelemente gewährleistet werden kann. Vorzugsweise sind daher, insbesondere in einem montierten bzw. zusammengesteckten Zustand des Steckverbinders, zwei Kontaktelemente (z.B. eines Differential-Kontaktelementpaares) derart parallel zueinander angeordnet, dass die ersten ebenen Flächen (d.h. die ebenen Flächen der Anpassungsstrukturen) der beiden Kontaktelemente einander zugewandt und die zweiten ebenen Flächen (d.h. die ebenen Flächen der Lötanschlüsse) der beiden Kontaktelemente voneinander abgewandt sind.
  • Ein weiterer unabhängiger Aspekt zur Lösung der Aufgabe betrifft ein Kontaktelementsystem (insbesondere ein Kontaktelementpaar) für einen Steckverbinder, wobei das Kontaktelementsystem zumindest umfasst:
    • ein erstes erfindungsgemäßes Kontaktelement, und
    • ein zweites erfindungsgemäßes Kontaktelement, wobei
    die Anpassungsstruktur des ersten Kontaktelements und die Anpassungsstruktur des zweiten Kontaktelements ausgelegt und vorgesehen sind, elektrische Eigenschaften des Kontaktelementsystems und/oder des Steckverbinders durch eine Modifikation der Anpassungsstruktur des ersten Kontaktelements und/oder der Anpassungsstruktur des zweiten Kontaktelements anzupassen und/oder einzustellen.
  • Insbesondere können elektrischen Eigenschaften (z.B. kapazitive und/oder impedantische Eigenschaften, insbesondere eine Kapazität und/oder eine Impedanz), welche bei einer parallelen Anordnung des ersten und zweiten Kontaktelements zueinander vorliegen, angepasst und/oder eingestellt werden. Insbesondere können die elektrischen Eigenschaften, welche bei einem bestimmten bzw. vorgegebenen Abstand der parallel zueinander bzw. übereinander angeordneten ersten und zweiten Kontaktelemente vorliegen, angepasst und/oder eingestellt werden.
  • Insbesondere kann die Anpassungsstruktur zumindest eines der Kontaktelemente des Kontaktelementsystems (vorzugsweise die Anpassungsstrukturen von zumindest zwei Kontaktelementen des Kontaktelementsystems) zur Anpassung der elektrischen Eigenschaften des Kontaktelementsystems und/oder des Steckverbinders modifiziert (insbesondere geometrisch verändert, wie z.B. gefräst oder geschnitten) worden sein.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Anpassungsstruktur des ersten Kontaktelements und die Anpassungsstruktur des zweiten Kontaktelements jeweils eine im Wesentlichen ebene Fläche (bzw. Oberfläche) auf. Insbesondere wurde die Anpassungsstruktur des ersten Kontaktelements und die Anpassungsstruktur des zweiten Kontaktelements derart modifiziert, dass sie jeweils eine im Wesentlichen ebene Fläche (bzw. Oberfläche) aufweisen. Das erste Kontaktelement und das zweite Kontaktelement (bzw. die jeweiligen Kontaktelementkörper) sind vorzugsweise derart parallel zueinander (und/oder übereinander) angeordnet, dass die ebene Fläche der Anpassungsstruktur des ersten Kontaktelements und die ebene Fläche der Anpassungsstruktur des zweiten Kontaktelements einander zugewandt sind.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst das Kontaktelementsystem zumindest ein unmodifiziertes Kontaktelement (z.B. ohne Anpassungsstruktur oder mit einer unmodifizierten Anpassungsstruktur) und zumindest ein modifiziertes Kontaktelement (mit einer modifizierten Anpassungsstruktur). Alternativ oder zusätzlich umfasst das Kontaktelementsystem zumindest zwei unterschiedlich modifizierte Kontaktelemente. Beispielsweise kann das Kontaktelementsystem zumindest ein unmodifiziertes Kontaktelement ohne Anpassungsstruktur und zumindest ein Kontaktelement mit einer modifizierten Anpassungsstruktur umfassen. Es ist aber auch möglich, dass das Kontaktelementsystem zumindest zwei Kontaktelemente mit unterschiedlich modifizierten Anpassungsstrukturen umfasst. Insbesondere wird im Rahmen der Erfindung unter einem "unmodifizierten Kontaktelement" ein Kontaktelement ohne Anpassungsstruktur oder ein Kontaktelement mit einer unmodifizierten Anpassungsstruktur verstanden. Unter einem "modifizierten Kontaktelement" wird insbesondere ein Kontaktelement mit einer modifizierten Anpassungsstruktur verstanden.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst das Kontaktelementsystem vier unmodifizierte Kontaktelemente (z.B. jeweils ohne eine Anpassungsstruktur, oder mit jeweils einer unmodifizierten Anpassungsstruktur, oder eine Kombination aus einem oder mehreren Kontaktelementen ohne Anpassungsstruktur und einem oder mehreren Kontaktelementen mit einer unmodifizierten Anpassungsstruktur) und sechs modifizierte Kontaktelemente (mit jeweils einer modifizierten Anpassungsstruktur).
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weisen die modifizierten Anpassungsstrukturen der sechs modifizierten Kontaktelemente jeweils eine im Wesentlichen ebene Fläche (bzw. Oberfläche) auf. Insbesondere wurden die Anpassungsstrukturen der sechs modifizierten Kontaktelemente derart modifiziert, dass sie jeweils eine im Wesentlichen ebene Fläche (bzw. Oberfläche) aufweisen. Die sechs modifizierten Kontaktelemente umfassen drei Kontaktelementpaare mit jeweils zwei modifizierten Kontaktelementen, wobei die zwei modifizierten Kontaktelemente eines jeden Kontaktelementpaares derart parallel zueinander angeordnet sind, dass die ebenen Flächen der Anpassungsstrukturen der zwei modifizierten Kontaktelemente eines jeden Kontaktelementpaares einander zugewandt sind. Vorzugsweise sind zwei modifizierte Kontaktelemente eines ersten Kontaktelementpaares der drei Kontaktelementpaare relativ zu jedem der übrigen modifizierten Kontaktelemente der anderen beiden Kontaktelementpaare bezüglich der ebenen Flächen um 90° gedreht angeordnet. Mit anderen Worten sind die Kontaktelemente der drei Kontaktelementpaare vorzugsweise derart angeordnet, dass ein Normalenvektor der zwei modifizierten Kontaktelemente eines ersten Kontaktelementpaares der drei Kontaktelementpaare senkrecht zu den Normalenvektoren sämtlicher der übrigen modifizierten Kontaktelemente der anderen beiden Kontaktelementpaare ausgerichtet ist.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die vier unmodifizierten Kontaktelemente, betrachtet in einem Schnitt senkrecht zu den Längsachsen der Kontaktelemente (bzw. bezüglich einer Schnittebene senkrecht zu den Längsachsen der Kontaktelemente), an den Ecken eines Rechtecks angeordnet. Insbesondere sind die vier unmodifizierten Kontaktelemente derart angeordnet, dass deren axialen Endabschnitte bzw. Endpunkte (und/oder, sofern vorhanden, deren Anpassungsstrukturen) die Ecken eines Rechtecks bilden. Mit anderen Worten sind die vier unmodifizierten Kontaktelemente derart angeordnet, dass eine virtuelle Verbindungslinie, welche jeweils ein erstes axiales Ende und/oder einen ersten axialen Endabschnitt und/oder einen ersten axialen Endpunkt (und/oder insbesondere, sofern vorhanden, die Anpassungsstrukturen) der unmodifizierten Kontaktelemente miteinander verbindet, im Wesentlichen ein Rechteck bildet. Mit anderen Worten sind die vier unmodifizierten Kontaktelemente (bzw. deren axialen Enden und insbesondere deren Anpassungsstrukturen) in einem Rechteck bzw. an den Ecken eines Rechtecks angeordnet.
  • Ein weiterer unabhängiger Aspekt zur Lösung der Aufgabe betrifft einen Steckverbinder, insbesondere einen Rundsteckverbinder bzw. einen USB 3.1 Rundsteckverbinder, umfassend:
    • zumindest ein erfindungsgemäßes Kontaktelement; und/oder
    • zumindest ein erfindungsgemäßes Kontaktelementsystem.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst der Steckverbinder:
    • einen Steckverbinder-Stecker mit einem ersten erfindungsgemäßen Kontaktelementsystem (Stecker-Kontaktelementsystem); und
    • einen Steckverbinder-Sockel mit einem zweiten erfindungsgemäßen Kontaktelementsystem (Sockel-Kontaktelementsystem);
    • wobei die Kontaktelemente (Stecker-Kontaktelemente) des ersten Kontaktelementsystems jeweils einen Kontakt-Pin aufweisen, und
    • wobei die Kontaktelemente (Sockel- bzw. Buchsen-Kontaktelemente) des zweiten Kontaktelementsystems jeweils eine zu dem Kontakt-Pin komplementäre Kontaktbuchse aufweisen, mit welcher der Kontakt-Pin (insbesondere elektrisch und mechanisch) verbindbar ist. Mit anderen Worten sind die Kontaktbuchsen jeweils zur Aufnahme eines Kontakt-Pins der Kontaktelemente des Steckverbinder-Steckers ausgelegt. Entsprechend sind die Kontakt-Pins jeweils ausgelegt, um in eine Kontaktbuchse der Kontaktelemente des Steckverbinder-Sockels eingeführt bzw. eingesteckt zu werden. Insbesondere ist in einem montierten bzw. zusammengesteckten Zustand des Steckverbinders jeweils ein Kontakt-Pin der Kontaktelemente des ersten Kontaktelementsystems in eine (insbesondere zugehörige) Kontaktbuchse der Kontaktelemente des zweiten Kontaktelementsystems (lösbar) eingeführt bzw. eingesteckt. Insbesondere ist im montierten Zustand das erste Kontaktelementsystem mit dem zweiten Kontaktelementsystem derart (lösbar) zusammengesteckt, dass die Kontaktelemente des ersten Kontaktelementsystems jeweils mit zugehörigen Kontaktelementen des zweiten Kontaktelementsystems elektrisch und mechanisch miteinander verbunden sind. Diese elektrische und mechanische Verbindung ist vorzugsweise eine lösbare Verbindung, d.h. das erste und zweite Kontaktelementsystem können nach dem Zusammenstecken, insbesondere durch das Anwenden einer bestimmten Kraft entgegen einer Einsteckrichtung, auch wieder zerstörungsfrei voneinander getrennt bzw. auseinandergesteckt werden.
  • Vorzugsweise weist der Steckverbinder-Sockel ein Sockel-Isolierelement zum elektrischen Isolieren der Sockel- bzw. Buchsen-Kontaktelemente auf. Ferner weist der Steckverbinder-Sockel vorzugsweise ein Sockelgehäuse auf, welches insbesondere das Sockel-Isolierelement und damit auch die Sockel-Kontaktelemente umgibt. Entsprechend weist der Steckverbinder-Stecker vorzugsweise ein Stecker-Isolierelement zum elektrischen Isolieren der Stecker-Kontaktelemente auf. Ferner weist der Steckverbinder-Stecker insbesondere ein Steckergehäuse auf, welches vorzugsweise das Stecker-Isolierelement und damit auch die Stecker-Kontaktelemente umgibt. Insbesondere sind das Sockel-Isolierelement und das Stecker-Isolierelement aus Kunststoff ausgebildet.
  • Vorzugsweise weist der Steckverbinder-Sockel Bohr- oder Schraublöcher auf, um den Steckverbinder-Sockel mittels Schrauben an einer Leiterplatte zu befestigen, und zwar vorzugsweise derart, dass die Sockel-Kontaktelemente mit zugehörigen Kontakten auf der Leiterplatte elektrisch verbunden sind.
  • Vorzugsweise weisen die Sockel-Kontaktelemente jeweils eine Buchse zum Einführen eines Kontakt-Pins auf. Alternativ oder zusätzlich weisen die Stecker-Kontaktelemente vorzugsweise jeweils einen (bereits oben beschriebenen) Lötanschluss bzw. eine ebene Fläche zum Anlöten eines elektrischen Leiters (bzw. einer Litze) auf.
  • Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachfolgend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in Alleinstellung oder in anderen Kombinationen verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
  • Für die oben genannten weiteren unabhängigen Aspekte und insbesondere für diesbezügliche bevorzugte Ausführungsformen gelten auch die vor- oder nachstehend gemachten Ausführungen zu den Ausführungsformen des ersten Aspekts. Insbesondere gelten für einen unabhängigen Aspekt der vorliegenden Erfindung und für diesbezügliche bevorzugte Ausführungsformen auch die vor- und nachstehend gemachten Ausführungen zu den Ausführungsformen der jeweils anderen unabhängigen Aspekte.
  • Im Folgenden werden einzelne Ausführungsformen zur Lösung der Aufgabe anhand der Figuren beispielhaft beschrieben. Dabei weisen die einzelnen beschriebenen Ausführungsformen zum Teil Merkmale auf, die nicht zwingend erforderlich sind, um den beanspruchten Gegenstand auszuführen, die aber in bestimmten Anwendungsfällen gewünschte Eigenschaften bereitstellen. So sollen auch Ausführungsformen als unter die beschriebene technische Lehre fallend offenbart angesehen werden, die nicht alle Merkmale der im Folgenden beschriebenen Ausführungsformen aufweisen. Ferner werden, um unnötige Wiederholungen zu vermeiden, bestimmte Merkmale nur in Bezug auf einzelne der im Folgenden beschriebenen Ausführungsformen erwähnt. Es wird darauf hingewiesen, dass die einzelnen Ausführungsformen daher nicht nur für sich genommen, sondern auch in einer Zusammenschau betrachtet werden sollen. Anhand dieser Zusammenschau wird der Fachmann erkennen, dass einzelne Ausführungsformen auch durch Einbeziehung von einzelnen oder mehreren Merkmalen anderer Ausführungsformen modifiziert werden können. Es wird darauf hingewiesen, dass eine systematische Kombination der einzelnen Ausführungsformen mit einzelnen oder mehreren Merkmalen, die in Bezug auf andere Ausführungsformen beschrieben werden, wünschenswert und sinnvoll sein kann und daher in Erwägung gezogen und auch als von der Beschreibung umfasst angesehen werden soll.
    • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
    • Figur 1a
    zeigt eine schematische Zeichnung eines Kontaktelements gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einer perspektivischen Ansicht;
    Figur 1b
    zeigt eine schematische Zeichnung des Kontaktelements von Figur 1 in einer weiteren perspektivischen Ansicht;
    Figur 1c
    zeigt eine schematische Zeichnung eines Kontaktelements gemäß einer weitere bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einer perspektivischen Ansicht;
    Figur 2a
    zeigt eine schematische Zeichnung eines Kontaktelementsystems gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
    Figur 2b
    zeigt einen vergrößerten Ausschnitt von Anpassungsstrukturen eines ersten Kontaktelementpaares des Kontaktelementsystems von Figur 2a;
    Figur 2c
    zeigt einen vergrößerten Ausschnitt von Anpassungsstrukturen eines zweiten Kontaktelementpaares des Kontaktelementsystems von Figur 2a;
    Figur 2d
    zeigt ein Ersatzschaltbild für ein parallel angeordnetes Kontaktelementpaar;
    Figur 3a
    zeigt ein Messergebnis der Impedanz in Abhängigkeit der Zeit für differentielle Kontaktelementpaare ohne Anpassungsstrukturen;
    Figur 3b
    zeigt ein Messergebnis für die Impedanz in Abhängigkeit der Zeit für differentielle Kontaktelementpaare mit Anpassungsstrukturen;
    Figur 4a
    zeigt eine schematische Zeichnung eines Kontaktelementsystems gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
    Figur 4b
    zeigt eine schematische Zeichnung des Kontaktelementsystems von Figur 4a mit einem steckerseitigen Isolierelement;
    Figur 5
    zeigt eine schematische Zeichnung eines Steckverbinders gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einer perspektivischen Seitenansicht;
    Figur 6a
    zeigt eine schematische Zeichnung des Steckverbinders von Figur 5 in einer Vorderansicht;
    Figur 6b
    zeigt eine schematische Zeichnung eines Ausschnitts des Steckverbinders von Figur 5 in einer perspektivischen Rückansicht.
    Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
  • Die in der vorliegenden Beschreibung gewählten Lageangaben, wie z. B. oben, unten, seitlich usw. sind jeweils auf die unmittelbar beschriebene sowie dargestellte Figur bezogen und sind bei einer Lageänderung sinngemäß auf die neue Lage zu übertragen.
  • Die Figur 1 zeigt eine schematische Zeichnung eines Kontaktelements 10a gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einer perspektivischen Ansicht. Das Kontaktelement 10a ist für den Einsatz in einem Steckverbinder ausgelegt und weist einen zylinderförmigen leitfähigen Kontaktelementkörper 1 auf. An einem ersten Endabschnitt E1 des Kontaktelements 10a ist am Kontaktelementkörper 1 zumindest ein Anpassungselement bzw. eine Anpassungsstruktur 5 ausgebildet. Wie in der Figur 1 ersichtlich, stellt diese Anpassungsstruktur 5 eine lokale Verdickung und/oder Ummantelung des Kontaktelementkörpers 1 dar. Die Anpassungsstruktur 5 ist ausgelegt und vorgesehen, elektrische Eigenschaften des Kontaktelements 10a und/oder eines Steckverbinders, in dem das Kontaktelement angeordnet werden kann, durch eine Modifikation der Anpassungsstruktur 5 anzupassen und/oder einzustellen.
  • Im gezeigten Beispiel der Figur 1a wurde die Anpassungsstruktur 5 des Kontaktelements 10a bereits modifiziert. Dazu wurde an einer radialen Seite der zylindrischen bzw. ringförmigen Anpassungsstruktur 5 Material abgetragen, und zwar derart, dass sich eine im Wesentlichen ebene Fläche F1 ausgebildet hat.
  • Am axialen Endabschnitt E1 weist das Kontaktelement 10a ferner einen Kontaktstift bzw. Kontakt-Pin 2 auf, welcher in eine komplementäre Buchse 6 (siehe Figur 1c) eingeführt werden kann, um eine elektrische Verbindung mit einem weiteren Kontaktelement 10b (siehe Figur 1c) herzustellen. Wie in Figur 1a zu sehen, ist die Anpassungsstruktur 5 unmittelbar am Kontakt-Pin 2 des Kontaktelements 10a ausgebildet. Der Kontakt-Pin 2 ist als ein verjüngter Endabschnitt des Kontaktelementkörpers 1a ausgebildet und weist an seinem axialen Ende eine Kontaktspitze auf.
  • An einem zweiten axialen Endabschnitt E2 (im Rahmen dieser Beschreibung auch als Löt-Endabschnitt bezeichnet) des Kontaktelements 10a ist ein Lötanschluss bzw. eine Lötkontur 8 zum Anlöten eines elektrischen Leiters an den leitfähigen Kontaktelementkörper 1a. Der Lötanschluss 8 ist als eine ebene Fläche (bzw. Oberfläche) F2 des Kontaktelementkörpers 1a ausgebildet. Wie insbesondere in der perspektivischen Ansicht der Figur 1b erkennbar, ist hierzu der axiale Endabschnitt E2 des Kontaktelementkörpers 1a abgeflacht, so dass dieser eine im Wesentlichen ebene Fläche (bzw. Oberfläche) zum Auflegen und Anlöten eines elektrischen Leiters aufweist. Wie die ebene Fläche F1 der Anpassungsstruktur 5 kann auch die ebene Fläche F2 des Lötanschlusses 8 durch einen Materialabtrag, insbesondere durch ein Abfräsen, Abschleifen, Abschneiden, Stoßen und/oder mittels Laserablation des Endabschnitts E2 des Kontaktelementkörpers 1a erzeugt werden.
  • Ein elektrischer Leiter wie z.B. eine Litze eines Kabels kann mit Hilfe von Lötzinn auf der ebenen Oberfläche F2 des zweiten Endabschnitts E2 angelötet werden, um somit eine mechanische und elektrische Verbindung zwischen dem elektrischen Leiter und dem Kontaktelement 10a zu erzeugen. Der axiale Löt-Endabschnitt E2 des Kontaktelements 10a weist die Form und/oder Geometrie eines massiven Halbzylinders (bzw. abgeflachten massiven Zylinders) auf. Somit kann ein elektrischer Leiter aus einer Vielzahl von Richtungen kommend (bzw. von mehreren Seiten kommend, also z.B. von vorne, von rechts und/oder von links) auf den axialen Endabschnitt E2 gelegt und angelötet werden. Wie bereits weiter oben erläutert, erleichtert eine solche ebene Lötfläche insbesondere bei einem Steckverbinder, der eine Vielzahl von Kontaktelementen 10a aufweist, wesentlich das Verlöten einer entsprechenden Vielzahl von elektrischen Leitern bzw. Litzen.
  • Wie aus den Figuren 1a und 1b ersichtlich, weist also das Kontaktelement 10a bzw. der Kontaktelementkörper 1a eine Anpassungsstruktur 5 mit einer ersten ebenen Fläche F1 und eine Lötkontur bzw. einen Lötanschluss 8 mit einer zweiten ebenen Fläche F2 auf. Dabei ist die erste ebene Fläche F1 am ersten axialen Endabschnitt E1 des Kontaktelements 10a bzw. Kontaktelementkörpers 1a ausgebildet, während die zweite ebene Fläche F2 an dem zweiten axialen Endabschnitt E2 ausgebildet ist. Beide ebene Flächen F1 und F2 erstrecken sich parallel zu einer Längsachse L des Kontaktelementkörpers 1a. Die erste ebene Fläche F1 und die zweite ebene Fläche F2 sind auf jeweils gegenüberliegenden radialen Seiten des zylindrischen Kontaktelementkörpers 1a ausgebildet, d.h. die die erste ebene Fläche F1 ist von der zweiten ebenen Fläche F2 abgewandt. Wie in den Figuren 1a und 1b angedeutet, sind die ebenen Flächen F1 und F2 derart angeordnet und/oder ausgebildet, dass ein Normalenvektor bzw. eine Richtung R 1 der ersten ebenen Fläche F1 entgegengesetzt zu einem Normalenvektor bzw. einer Richtung R 2 der zweiten ebenen Fläche F2 ausgerichtet ist. Wie bereits weiter oben beschrieben, hat eine solche Konfiguration den Vorteil, dass bei einem parallelen Anordnen zweier Kontaktelemente 10a (wie z.B. in der Figur 2a dargestellt) mittels der Anpassungsstrukturen 5 an den ersten axialen Endabschnitten E1 der Kontaktelemente 10a elektrische Eigenschaften der Kontaktelemente 10a bzw. des Kontaktelementpaares eingestellt werden können, während an den zweiten Endabschnitten E2 der Kontaktelemente 10a unabhängig vom bzw. trotz dem Anlöten von Litzen eines oder mehrerer Kabel ein ganz bestimmter vordefinierter Abstand D (siehe auch Figur 6b) zwischen den zweiten Endabschnitten E2 der Kontaktelemente 10a eingehalten werden kann. Denn vorteilhafterweise wird dieser Abstand D bei einer solchen Konfiguration nicht durch das Anbringen von Lötmittel beeinflusst.
  • Die Figur 1c zeigt eine schematische Zeichnung eines Kontaktelements 10b gemäß einer weitere bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einer perspektivischen Ansicht. Im Vergleich zu dem in den Figuren 1a und 1b gezeigten Kontaktelementen 10a und 10b ist der Endabschnitt E2 des Kontaktelementkörpers 1b des Kontaktelements 10b als Buchse 6 ausgebildet. Mit anderen Worten weist der Kontaktelementkörper 1b eine Öffnung bzw. einen Schlitz auf. Durch Einführen und/oder Einstecken des Kontakt-Pins 2 des in den Figuren 1a und 1b gezeigten Kontaktelements 10a in die Buchse 6 des Kontaktelements 10b kann eine elektrische und/oder mechanische Verbindung zwischen den Kontaktelementen 10a und 10b hergestellt werden. Das Kontaktelement 10 weist zudem einen Kontakt-Pin 3 auf, welcher durch die Anpassungsstruktur 5 ausgebildet ist bzw. in diese integriert ist. Der Kontakt-Pin 3 dient zum elektrischen Kontaktieren von Kontakten einer Leiterplatte. Insbesondere können die Kontaktelemente 10b mit Hilfe der Kontakt-Pins 3 auf die Leiterplatte, insbesondere durch ein SMD-Löten, gelötet werden.
  • Wie ferner aus den Figuren 1a bis 1c ersichtlich, ist die Anpassungsstruktur 5 derart ausgebildet, dass die Größe A einer durch einen Materialabtrag (z.B. Fräsen oder Schneiden) der Anpassungsstruktur 5 resultierenden ebenen Fläche F1 von einer Abtragungstiefe abhängt. Durch die Menge des Materials, welches von der Anpassungsstruktur abgetragen wird, kann somit die Größe der Fläche F1 bestimmt werden. Auf diese Weise kann die Fläche F1 und damit auch elektrische Eigenschaften des Kontaktelements (wie z.B. eine Kapazität oder eine Impedanz), insbesondere in Verbindung mit zumindest einem zu dem Kontaktelement parallel angeordneten weiteren Kontaktelement, angepasst und/oder eingestellt werden.
  • Die Figur 2a zeigt eine schematische Zeichnung eines Kontaktelementsystems 50 (hier z.B. ein "SuperSpeed transmitter differential pair" für einen "USB 3.1 - Socket and Plug" Rundsteckverbinder) gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das Kontaktelementsystem 50 der Figur 2a umfasst zwei parallel zueinander angeordnete Kontaktelemente 10b, welche insbesondere in einem Sockelelement (hier dem weiblichen Teil) eines Steckverbinders anordenbar sind, und zwei parallel zueinander angeordnete Kontaktelemente 10a, welche insbesondere in einem Steckerelement (d.h. dem männlichen Teil) des Steckverbinders anordenbar sind. Wie in der Figur 2a dargestellt, sind jeweils die Kontakt-Pins 2 der Stecker-Kontaktelemente 10a in die Buchsen 6 der Buchsen-Kontaktelemente 10b eingesteckt. An den ebenen Flächen der Löt-Endabschnitte E2 der Stecker-Kontaktelemente 10a ist jeweils ein elektrischer Leiter bzw. eine Litze 13 eines Kabels 18 angelötet. In diesem montierten bzw. zusammengesteckten Zustand sind jeweils die zwei Kontaktelemente 10a derart parallel zueinander angeordnet, dass die ersten ebenen Flächen F1 der Anpassungsstrukturen 5 einander zugewandt sind, während die zweiten ebenen Flächen F2 (d.h. die ebenen Flächen der durch die Endabschnitte E2 ausgebildeten Lötanschlüsse) der beiden Kontaktelemente 10a voneinander abgewandt sind.
  • Die Figur 2b zeigt einen vergrößerten Ausschnitt der Anpassungsstrukturen 5 des Buchsen-Kontaktelementpaares (umfassend zwei parallel zueinander angeordnete Buchsen-Kontaktelemente 10b) des Kontaktelementsystems 50 von Figur 2a.
  • Die Figur 2c zeigt einen vergrößerten Ausschnitt der Anpassungsstrukturen 5 des Stecker-Kontaktelementpaares (umfassend zwei parallel zueinander angeordnete Stecker-Kontaktelemente 10a) des Kontaktelementsystems 50 von Figur 2a. Wie in Figur 2b angedeutet, sind jeweils die ebenen Flächen F1 der modifizierten Anpassungsstrukturen 5 mit einem Abstand d beabstandet.
  • Die Figur 2d zeigt ein Wellenleiter-Ersatzschaltbild für ein parallel bzw. übereinander angeordnetes Kontaktelementpaar, wie jeweils in den Figuren 2a bis 2c beispielhaft dargestellt. Das Kontaktelementpaar kann z.B. ein differenzielles Kontaktelementpaar sein. Die Impedanz Z ergibt sich wie folgt: Z = R ′ + iωL ′ G ′ + iωC ′ .
    Figure imgb0001
  • Dabei bezeichnet L' einen Induktivitätsbelag, C' einen Kapazitätsbelag, R' einen Widerstandsbelag, G' einen Querleitbelag, und ω = 2πf die Kreisfrequenz des Wechselstromes. Bei einer Frequenz ab einigen Megahertz, und somit ωL' » R' und ωC' » G', gilt vereinfacht: Z = L ′ C ′ .
    Figure imgb0002
  • Die Impedanz Z ist somit bei konstantem L' von der Kapazität bzw. dem Kapazitätsbelag C' abhängig.
  • Mit Hilfe der in den Figuren 2b und 2c vergrößert dargestellten modifizierten Anpassungsstrukturen 5 der Kontaktelemente 10a bzw. 10b kann insbesondere über die Größe A der Fläche F1 die Kapazität eines Kontaktelementpaares eingestellt werden. Für die Kapazität C gilt dabei: C = ε ⋅ A d
    Figure imgb0003
  • Dabei bezeichnet ε die Dielektrizitätskonstante. Somit ist die Kapazität von der Größe A der Fläche F1 und dem Abstand d abhängig. Die Größe A kann durch eine Modifikation der Anpassungsstruktur 5 der Kontaktelemente 10a bzw. 10b eingestellt werden. Bei einem vorgegebenen Abstand d kann somit die durch eine Modifikation der Anpassungsstruktur 5 der Kontaktelemente 10a bzw. 10b die Kapazität C eingestellt werden. Insbesondere kann die Kapazität C durch ein Abflachen der Anpassungsstruktur 5, und somit einem Vergrößern der Fläche F1 bzw. A, erhöht werden.
  • Eine Herausforderung bei Steckverbindern ist es insbesondere, eine möglichst konstante Impedanz, welche zumindest innerhalb von bestimmten Toleranzgrenzen liegt, zu erzielen. Beispielsweise kann ein gewünschter bzw. zulässiger Impedanzbereich zwischen 80 Ω und 100 Ω liegen. In der Figur 3a ist ein Messergebnis der Impedanz in Abhängigkeit der Zeit für differentielle Standard-Kontaktelementpaare ohne Anpassungsstrukturen gezeigt, während in der Figur 3b das entsprechende Messergebnis für differentielle Kontaktelementpaare mit erfindungsgemäßen Anpassungsstrukturen dargestellt ist. Wie den Diagrammen entnommen werden kann, liegen die gemessenen Impedanzen bei den Standard-Kontaktelementpaaren teilweise außerhalb der oben angegebenen Toleranzgrenzen (siehe das Diagramm der Figur 3a), während die gemessenen Impedanzen bei den Kontaktelementpaaren mit modifizierten Anpassungsstrukturen und damit angepassten bzw. optimal eingestellten Kapazitäten innerhalb der oben angegebenen Toleranzgrenzen liegen (siehe das Diagramm der Figur 3b). Durch eine Anpassung bzw. Modifikation der erfindungsgemäßen Anpassungsstrukturen 5 kann somit eine signifikante Verbesserung der elektrischen Eigenschaften der Kontaktelemente bzw. Kontaktelementpaare erreicht werden.
  • Die Figur 4a zeigt eine schematische Zeichnung eines Kontaktelementsystems 50 gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das Kontaktelementsystem 50 umfasst ein erstes Kontaktelementsystem 50a und ein zweites Kontaktelementsystem 50b. Das Kontaktelementsystem 50a umfasst eine Vielzahl von Kontaktelementen 10a (siehe auch die Figuren 1a und 1b), während das Kontaktelementsystem 50b eine Vielzahl von Kontaktelementen 10b (siehe auch die Figur 1c) umfasst. Eine entsprechende Vielzahl von Kabeln 18 sind durch ein Kabelführungselement 16 geführt, und die Litzen dieser Kabel sind an die Lötanschlüsse 8 der Kontaktelemente 10a angelötet. Ferner sind jeweils die Kontakt-Pins 2 der Kontaktelemente 10a in die Buchsen 6 der Kontaktelemente 10b eingeführt bzw. eingesteckt.
  • Die Figur 4b zeigt eine schematische Zeichnung des Kontaktelementsystems 50 von Figur 4a, wobei die Stecker-Kontaktelemente 10b zumindest teilweise von einem Stecker-Isolierelement 20 umgeben sind. Ein entsprechendes Buchsen-Isolierelement (in der Figur 4b nicht gezeigt) umgibt insbesondere auch die Buchsen-Kontaktelemente 10a. Zur besseren Darstellbarkeit ist ein solches Buchsen-Isolierelement in der Figur 4b jedoch weggelassen.
  • Die Figur 5 zeigt eine schematische Zeichnung eines Steckverbinders 100 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einer perspektivischen Seitenansicht. Der Steckverbinder 100, welcher in der gezeigten Ausführungsform einen Rundsteckverbinder (insbesondere einen USB 3.1 Rundsteckverbinder) darstellt, umfasst, wie in den Figuren 4a und 4b gezeigt, ein Kontaktelementsystem 50 mit einer Vielzahl von Kontaktelementen 10a (in Figur 5 nicht erkennbar) und 10b. Dabei weist der Steckverbinder 100 einen Steckverbinder-Stecker 30 mit einem ersten Kontaktelementsystem 50a, deren Kontaktelemente 10a (in Figur 5 nicht erkennbar) jeweils einen Kontakt-Pin 2, welcher in eine der Kontaktbuchsen 6 eingeführt werden kann, auf (siehe hierzu insbesondere auch die Figuren 1a bis 1c). Ferner weist der Steckverbinder 100 einen Steckverbinder-Sockel 40 mit einem zweiten Kontaktelementsystem 50b auf, deren Kontaktelemente 10b jeweils eine Kontaktbuchse 6 zur Aufnahme eines der Kontakt-Pins 2 der Kontaktelemente 10a aufweisen. Das in Figur 5 dargestellte Element 30 stellt einen Steckverbinder-Stecker bzw. ein Stecker-Gehäuse dar, während das Element 40 einen Steckverbinder-Sockel bzw. ein Sockel-Gehäuse darstellt. Im montierten bzw. zusammengesteckten Zustand des Steckverbinders 100 ist jeweils ein Kontakt-Pin 2 der Kontaktelemente 10a des ersten Kontaktelementsystems in eine Kontaktbuchse 6 der Kontaktelemente 10b des zweiten Kontaktelementsystems eingeführt.
  • Insbesondere weist der Steckverbinder-Stecker ein Stecker-Kontaktelementsystem 50a mit einer Vielzahl von Kontaktelementen 10a, ein Stecker-Isolierelement 20 zum Isolieren der Stecker-Kontaktelemente 10a, und ein Steckergehäuse 30 auf, welches das Stecker-Isolierelement 20 und damit auch die Stecker-Kontaktelemente 10a umgibt. Entsprechend weist insbesondere der Steckverbinder-Sockel ein Sockel-Kontaktelementsystem 50b mit einer Vielzahl von Sockel-Kontaktelementen 10b, ein Sockel-Isolierelement zum Isolieren der Sockel-Kontaktelemente 10b, und ein Sockelgehäuse 40 auf, welches das Sockel-Isolierelement und damit auch die Sockel-Kontaktelemente 10b umgibt.
  • Der Steckverbinder-Sockel 40 weist zudem vier Bohr- bzw. Schraublöcher auf, um den Steckverbinder-Sockel mit Schrauben an eine Leiterplatte (in den Figuren nicht gezeigt) zu befestigen, und zwar vorzugsweise derart, dass die Sockel-Kontaktelemente 10b mit zugehörigen Kontakten auf der Leiterplatte elektrisch verbunden sind.
  • Die Figur 6a zeigt eine schematische Zeichnung des Steckverbinders 100 von Figur 5 in einer Vorderansicht. In dieser Ansicht wird deutlich, dass der Steckverbinder 100 bzw. das im Steckverbinder 100 angeordnete Kontaktelementsystem 50 sowohl unmodifizierte Kontaktelemente (d.h. Kontaktelemente ohne Anpassungsstruktur und/oder Kontaktelemente mit einer unmodifizierten Anpassungsstruktur) und modifizierte Kontaktelemente (d.h. Kontaktelemente mit einer modifizierten Anpassungsstruktur) umfasst. Insbesondere umfasst das Kontaktelementsystem 50 zumindest zwei unterschiedlich modifizierte Kontaktelemente. So kann z.B. das Kontaktelementsystem 50, wie in der Figur 6a dargestellt, vier unmodifizierte Kontaktelemente (jeweils ohne Anpassungsstruktur) und sechs Kontaktelemente mit jeweils einer modifizierten Anpassungsstruktur umfassen. Möglich wäre aber auch, dass das Kontaktelementsystem 50 zumindest zwei Kontaktelemente mit unterschiedlich modifizierten Anpassungsstrukturen umfasst. Jeweils zwei übereinander oder nebeneinander angeordnete Kontaktelemente 10b, welche jeweils eine modifizierte Anpassungsstruktur aufweise, bilden ein differenzielles Kontaktelementpaar 15 ("Differential Pair").
  • Wie in der Figur 6a erkennbar, umfasst der Steckverbinder bzw. das Kontaktelementsystem 50 vier unmodifizierte Kontaktelemente (welche jeweils keine Anpassungsstruktur aufweisen), und sechs modifizierte Kontaktelemente mit jeweils einer modifizierten Anpassungsstruktur. Die modifizierten Anpassungsstrukturen der sechs modifizierten Kontaktelemente weisen jeweils eine ebene Fläche auf. Die sechs modifizierten Kontaktelemente umfassen drei Kontaktelementpaare 15 (insbesondere "Differential Pairs") mit jeweils zwei modifizierten Kontaktelementen, wobei die zwei modifizierten Kontaktelemente eines jeden Kontaktelementpaares 15 derart parallel zueinander angeordnet sind, dass die ebenen Flächen der Anpassungsstrukturen der zwei modifizierten Kontaktelemente eines jeden Kontaktelementpaares 15 einander zugewandt sind. Zwei modifizierte Kontaktelemente eines ersten Kontaktelementpaares der drei Kontaktelementpaare sind zudem relativ zu jedem der übrigen modifizierten Kontaktelemente der anderen beiden Kontaktelementpaare bezüglich der ebenen Flächen um 90° gedreht angeordnet. Die vier unmodifizierten Kontaktelemente sind, betrachtet in einem Schnitt senkrecht zu den Längsachsen der unmodifizierten Kontaktelemente, an den Ecken eines Rechtecks angeordnet. Mit anderen Worten sind die vier unmodifizierten Kontaktelemente derart angeordnet, dass deren axialen Endabschnitte E1 (siehe z.B. die Figur 1c) die Ecken eines Rechtecks bilden.
  • Die Figur 6b zeigt eine schematische Zeichnung eines Ausschnitts des Steckverbinders von Figur 5 in einer perspektivischen Rückansicht. In dieser Rückansicht sind die Endabschnitte E2 bzw. die Lötanschlüsse 8 der Stecker-Kontaktelemente 10a (siehe auch die Figuren 1a und 1b) zu sehen. Aus Darstellungsgründen sind in der Figur 6b nur zwei der insgesamt zehn angeschlossenen Kabel 18 gezeigt, während die restlichen acht Kabel ausgeblendet sind. Somit sind vor allem die in dem Steckverbinder 100 bzw. dessen Steckelementsystem 50 der Figuren 5, 6a und 6b vorhandenen drei Kontaktelementpaare 15, welche insbesondere differenzielle Kontaktelementpaare sind, besser erkennbar. Die zwei modifizierten Kontaktelemente 10a eines jeden Kontaktelementpaares 15 weisen an den Endabschnitten E2 bzw. den Lötanschlüssen 8 jeweils einen vorbestimmten Abstand D auf. Durch die Anordnung der Kontaktelemente 10a derart, dass bei den Kontaktelementpaaren 15 jeweils die ebenen Lötflächen 8 der zwei jeweils beteiligen Kontaktelemente voneinander abgewandt sind, kann vorteilhafterweise gewährleistet werden, dass der Abstand D unabhängig vom eingebrachten Lötzinn beim Anlöten der Litzen stets gleich bleibt. Dies gewährleistet vorteilhafterweise möglichst konstante elektrische Eigenschaften, wie z.B. eine möglichst konstante Kapazität und/oder Impedanz des Steckverbinders 100 bzw. des im Steckverbinder 100 angeordneten Kontaktelementsystems 50.
    • Bezugszeichenliste
    • 1a, 1b
    Kontaktelementkörper
    2
    Kontaktstift (Kontakt-Pin)
    3
    Kontakt-Pin
    5
    Anpassungselement (Anpassungsstruktur)
    6
    Buchse
    8
    Lötkontur (Lötanschluss)
    10a, 10b
    Kontaktelement
    13
    Litze (elektrischer Leiter)
    15
    (differentielles) Kontaktelementpaar
    16
    Kabelführelement
    18
    Kabel
    20
    Isolierelement
    30
    Stecker (Gehäuse)
    40
    Sockel (Gehäuse)
    42
    Bohrloch (Schraubloch)
    50
    Kontaktelementsystem
    100
    Steckverbinder
    A
    Fläche / Flächeninhalt
    d
    Abstand
    D
    Abstand
    E1
    (erster) axialer Endabschnitt
    E2
    (zweiter) axialer Endabschnitt
    F1
    erste ebene Fläche
    F2
    zweite ebene Fläche
    L
    Längsachse
    R1
    erste Richtung
    R2
    zweite Richtung

Claims (15)

  1. Kontaktelement (10a; 10b) für einen Steckverbinder (100), umfassend einen leitfähigen Kontaktelementkörper (1a; 1b),
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Kontaktelementkörper (1a; 1b) zumindest eine Anpassungsstruktur (5) aufweist, welche ausgelegt und vorgesehen ist, elektrische Eigenschaften des Kontaktelements (10a; 10b) und/oder des Steckverbinders (100) durch eine Modifikation der Anpassungsstruktur (5) anzupassen und/oder einzustellen.
  2. Kontaktelement (10a; 10b) nach Anspruch 1,
    wobei die Modifikation der Anpassungsstruktur (5) einen Materialabtrag der Anpassungsstruktur (5) umfasst, und/oder
    wobei die Anpassungsstruktur (5) derart ausgebildet ist, dass die Größe einer durch einen Materialabtrag der Anpassungsstruktur (5) resultierenden ebenen Fläche (F1) von einer Abtragungstiefe abhängt.
  3. Kontaktelement (10a; 10b) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Anpassungsstruktur (5) an einem axialen Endabschnitt (E1) des Kontaktelementkörpers (1a; 1b) ausgebildet ist.
  4. Kontaktelement (10a; 10b) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Anpassungsstruktur (5) an einem Kontakt-Pin (2; 3) des Kontaktelementkörpers (1a; 1b) ausgebildet ist.
  5. Kontaktelement (10a; 10b) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Anpassungsstruktur (5) eine im Wesentlichen ebene Fläche (F1) aufweist, die sich vorzugsweise parallel zu einer Längsachse (L) des Kontaktelementkörpers (1a; 1b) erstreckt.
  6. Kontaktelement (10a) nach einem der vorangehenden Ansprüche,
    wobei die Anpassungsstruktur (5) an einem ersten axialen Endabschnitt (E1) des Kontaktelementkörpers (1a) ausgebildet ist, und
    wobei der Kontaktelementkörper (1a) ferner einen Lötanschluss (8) aufweist, welcher an einem zweiten axialen Endabschnitt (E2) des Kontaktelementkörpers (1a) ausgebildet ist.
  7. Kontaktelement (10b) nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
    wobei die Anpassungsstruktur (5) an einem ersten axialen Endabschnitt (E1) des Kontaktelementkörpers (1a) ausgebildet ist, und
    wobei der Kontaktelementkörper (1b) ferner eine Buchse (6) zum Einführen eines Kontakt-Pins (2) aufweist, wobei die Buchse (6) an einem zweiten axialen Endabschnitt (E2) des Kontaktelementkörpers (1b) ausgebildet ist.
  8. Kontaktelementsystem (50) für einen Steckverbinder (100), umfassend zumindest:
    - ein erstes Kontaktelement (10a; 10b) nach einem der vorangehenden Ansprüche, und
    - ein zweites Kontaktelement (10a; 10b) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei
    die Anpassungsstruktur (5) des ersten Kontaktelements (10a; 10b) und die Anpassungsstruktur (5) des zweiten Kontaktelements (10a; 10b) ausgelegt und vorgesehen sind, elektrische Eigenschaften des Kontaktelementsystems (50) und/oder des Steckverbinders (100) durch eine Modifikation der Anpassungsstruktur (5) des ersten Kontaktelements (10a; 10b) und/oder der Anpassungsstruktur (5) des zweiten Kontaktelements (10a; 10b) anzupassen und/oder einzustellen.
  9. Kontaktelementsystem (50) nach Anspruch 8, wobei die Anpassungsstruktur (5) des ersten Kontaktelements (10a; 10b) und die Anpassungsstruktur (5) des zweiten Kontaktelements (10a; 10b) jeweils eine im Wesentlichen ebene Fläche (F1) aufweisen, und wobei das erste Kontaktelement (10a; 10b) und das zweite Kontaktelement (10a; 10b) derart parallel zueinander angeordnet sind, dass die ebene Fläche (F1) der Anpassungsstruktur (5) des ersten Kontaktelements (10a; 10b) und die ebene Fläche (F1) der Anpassungsstruktur (5) des zweiten Kontaktelements (10a; 10b) einander zugewandt sind.
  10. Kontaktelementsystem (50) nach Anspruch 8 oder 9,
    wobei das Kontaktelementsystem (50) zumindest ein unmodifiziertes Kontaktelement umfasst, und wobei das Kontaktelementsystem (50) ferner zumindest ein modifiziertes Kontaktelement mit einer modifizierten Anpassungsstruktur umfasst; und/oder
    wobei das Kontaktelementsystem (50) zumindest zwei unterschiedlich modifizierte Kontaktelemente umfasst.
  11. Kontaktelementsystem (50) nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei
    das Kontaktelementsystem (50) vier unmodifizierte Kontaktelemente umfasst, und ferner sechs modifizierte Kontaktelemente mit jeweils einer modifizierten Anpassungsstruktur umfasst.
  12. Kontaktelementsystem (50) nach Anspruch 11, wobei:
    die modifizierten Anpassungsstrukturen der sechs modifizierten Kontaktelemente jeweils eine im Wesentlichen ebene Fläche (F1) aufweisen; und
    die sechs modifizierten Kontaktelemente drei Kontaktelementpaare (15) mit jeweils zwei modifizierten Kontaktelementen umfassen, wobei die zwei modifizierten Kontaktelemente eines jeden Kontaktelementpaares (15) derart parallel zueinander angeordnet sind, dass die ebenen Flächen (F1) der Anpassungsstrukturen (5) der zwei modifizierten Kontaktelemente eines jeden Kontaktelementpaares (15) einander zugewandt sind, und
    wobei vorzugsweise zwei modifizierte Kontaktelemente eines ersten Kontaktelementpaares der drei Kontaktelementpaare (15) relativ zu jedem der übrigen modifizierten Kontaktelemente der anderen beiden Kontaktelementpaare bezüglich der ebenen Flächen (F1) um 90° gedreht angeordnet sind.
  13. Kontaktelementsystem (50) nach Anspruch 11 oder 12, wobei die vier unmodifizierten Kontaktelemente, betrachtet in einem Schnitt senkrecht zu den Längsachsen der Kontaktelemente, an den Ecken eines Rechtecks angeordnet sind.
  14. Steckverbinder (100) umfassend:
    - zumindest ein Kontaktelement (10a; 10b) nach einem der Ansprüche 1 bis 7; und/oder
    - zumindest ein Kontaktelementsystem (50) nach einem der Ansprüche 8 bis 13.
  15. Steckverbinder (100) nach Anspruch 14 umfassend:
    - einen Steckverbinder-Stecker mit einem ersten Kontaktelementsystem (50a) nach einem der Ansprüche 8 bis 13; und
    - einen Steckverbinder-Sockel mit einem zweiten Kontaktelementsystem (50b) nach einem der Ansprüche 8 bis 13;
    wobei die Kontaktelemente (10a) des ersten Kontaktelementsystems (50a) jeweils einen Kontakt-Pin (2) aufweisen, und
    wobei die Kontaktelemente (10b) des zweiten Kontaktelementsystems jeweils eine zu dem Kontakt-Pin (2) komplementäre Kontaktbuchse (6) aufweisen, mit welcher der Kontakt-Pin (2) verbindbar ist.
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