WO2002067387A1

WO2002067387A1 - Elektrische steckverbindung

Info

Publication number: WO2002067387A1
Application number: PCT/DE2002/000468
Authority: WO
Inventors: Matthias Kunick; Peter Jänicke; Ralf Schweigert
Original assignee: Siemens Aktiengesellschaft
Priority date: 2001-02-23
Filing date: 2002-02-08
Publication date: 2002-08-29

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf einen Steckverbindung für ei-nen Ethernet-Anschluss, bestehend aus einer Buchse (2) und einem Stecker (8), die im wesentlichen RJ45-kompatibel sind, wobei die Buchse (2) einen zum Stecker (8) korrespondierenden Einsteckbereich (6) aufweist, in dem mehrere in einer Reihe nebeneinander angeordneten Kontaktzungen (4) ragen, und wobei der arretierbare Stecker (8) mehrere Kontaktstifte (32) auf-weist, die in nebeneinander angeordneten Führungsnuten (30) angeordnet sind. Erfindungsgemäß weist die Buchse (2) zum An-schluss einer Versorgungsspannung zwei zusätzliche Kontakt-zungen (22,24) auf, die zueinander und gegenüber den in einer Reihe nebeneinander angeordneten Kontaktzungen (4) zueinander beabstandet im Einsteckbereich (6) angeordnet sind und weist der Stecker (8) zu diesen zusätzlichen Kontaktzungen (22,24) korrespondierende Kontaktstifte (38) auf, die in zusätzlichen Führungsnuten (34,36) angeordnet sind. Somit erhält man eine Standard-Steckverbindung für einen Ethernet-Anschluss, die nicht nur Daten, sondern auch eine Versorgungsspannung führt.

Description

Beschreibung

Steckverbindung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Steckverbindung gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine derartige gattungsgemäße Steckverbindung ist aus der Norm IEC 603-7 bekannt. Diese Steckverbindung wird bis heute in der Kommunikationstechnik, beispielsweise Telefon, bzw. in der Computertechnik verwendet. Mittels einer solchen Steckverbindung kann ein achtadriges Datenkabel mit einer Leiterplatte verbunden werden. Diese Steckverbindung ist sehr kostengünstig, mittels Crimpwerkzeug sehr einfach konfektionier- bar, optimal an einem geforderten Wellenwiderstand anpassbar und sehr kompakt.

In jüngster Zeit werden verstärkt Anstrengungen zur Entwicklung industrietauglicher Ethernet-Komponenten unternommen. Dabei versucht man die aus der Bürokommunikation bekannten und daher weit verbreitete Technologie auch im Bereich der Industrieautomatisierung nutzbar zu machen. Ein Grund dafür liegt in der hohen Verfügbarkeit dieser Technologie und den damit verbundenen niedrigen Kosten.

Ethernet ist ein Standard für lokale Netzwerke, auch als LAN (Local Area Network) bezeichnet, von Arbeitsplatzrechnern, das sich auf Bus- oder Sterntopologie stützt. Daten werden in sogenannten Datentelegrammen übertragen, deren Länge flexibel definiert ist. In der Grundversion werden 10 Mbit/s übertragen.

Soll sich Ethernet in der Industrie durchsetzen, so werden dafür u.a. auch industrietaugliche Komponenten wie Stecker, Leitungen etc. benötigt. Zweckmäßig dabei ist natürlich, wenn soweit als möglich, auf bereits vorhandene Standards zurückgegriffen werden kann. Günstige industrietaugliche Steckverbindungen sind nur durch hohe Stückzahlen erreichbar. Aus diesem Grund ist es fast unabdingbar, auf bereits gesetzte Standard zurückzugreifen.

Bei Ethernet hat sich der RJ45-Stecker als Standard etabliert. Die Verbindungstechnik besteht aus Buchse und RJ45- Stecker, die nach der Norm IEC603-7, 11-1996 spezifiziert sind.

Die Abkürzung RJ steht für Registered Jack, wobei Jack mit Connector bezeichnet werden kann. Solche Steckverbinder werden auch als "Western-Stecker" bezeichnet und umfassen eine Serie von Steckern, die in den USA entwickelt wurden und zunächst nur zum Anschluss von Telefonen verwendet wurden.

Neben den vierpoligen Varianten RJ11 und RJ14 stellt RJ45 die amerikanische technische Bezeichnung für den achtpoligen Western-Stecker dar. In Deutschland wird dieser überwiegend zum Anschluss von ISDN-Endgeräten an den SO-Bus sowie im LAN-Be- reich bei Ethernet oder ATM verwendet.

Soll die Ethernet-Technologie zukünftig in der Industrie flächendeckend zum Einsatz kommen und sollen auch Sensoren und Aktoren mit dieser Kommunikationsschnittstelle ausgerüstet werden, so ist eine Erweiterung/Weiterentwicklung der Steckertechnik zwingend erforderlich.

Schwerpunktmäßig auftretende Probleme betreffen dabei: die realisierbare Schutzart, - die erforderliche Robustheit bzgl. mechanischer Vibration und Schockbelastung,

- die Versorgung von Sensoren und Aktoren mit einer geeigneten Versorgungsspannung.

Der vorliegenden Erfindung liegt als Aufgabe zugrunde, eine kostengünstige Lösung des letztgenannten Punktes zu schaffen. Lösungen auf Basis eines RJ45-Steckers sind zur Zeit nicht bekannt .

Zunächst sind folgende Lösungen denkbar:

In der Regel werden bei einer Ethernet-Physik nur vier Signale benötigt. Der RJ45-Stecker ist aber, wie erwähnt, 8-polig ausgeführt. Somit können für die Spannungsversorgung die noch freien vier Pins des Steckers verwendet werden.

Bei einer solchen Lösung trifft jedoch der Nachteil auf, dass der für die Versorgungsspannung zur Verfügung stehende Aderquerschnitt eingeschränkt ist, da beim RJ45-Stecker keine größeren Leitungs-Querschnitte crimpbar sind. Unter dem Aus- druck "crimpen" versteht man die Verbindung von Leitungen mit jeweils zugehörigen Kontaktelementen, die in der Regel durch Verquetschen hergestellt wird. Für diese Standardfertigungsvorgänge existieren spezielle Werkzeuge, sogenannte Crimp- werkzeuge. Aufgrund dieser Werkzeuge und der Bauform der Kon- taktelemente sind nur Leitungen mit einem maximalen zulässigen Leitungs-Querschnitt verarbeitbar.

Außerdem sind Standard-Ethernet-Leitungen ebenfalls 8-adrig ausgeführt. Damit besteht im Falle einer solchen Lösung eine Zerstörungsgefahr von angeschlossenen Ethernetkomponenten, wenn an zwei oder eventuell sogar an allen vier freien Leitungen bzw. Pins eine Spannung anliegt. Außerdem werden in diesem Fall die in der VDE 0110 vorgeschriebenen Luft- und Kriechstrecken nicht eingehalten.

Aus Gründen der elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV) muss die Spannungsversorgung zum Kommunikationskanal, welcher die eigentlichen durch Ethernet übertragenen Daten führt, geschirmt ausgeführt werden. Dies bereitet enorme konstruktive Probleme im Steckerbereich. Ethernet wird im Moment von der Grundbandbreite 10 Mbit/s und der Variante Fast-Ethernet mit 100 Mbit/s auf 1000 Mbit/s erweitert. Lösungen auf RJ45-Basis benötigen hierzu zukünftig alle acht Adern/Pins. D.h., mit der skizzierten Lösung können die erwünschten hohen Datenraten nicht realisiert werden.

Eine alternative Lösungsmöglichkeit könnte in einer anderen Steckertechnik liegen. Dadurch kann die Gefahr einer Verwechslung und damit Zerstörung von anderen Ethernetko ponen- ten durch das vorangehend geschilderte geänderte Erscheinungsbild der Steckverbindung reduziert werden.

Jedoch tritt der Nachteil auf, dass keine Standardkomponenten mit dem Vorteil der hohen Stückzahl und dem damit verbundenen Preisvorteil eingesetzt werden können.

Aus der älteren nationalen Patentanmeldung mit dem amtlichen Aktenzeichen 100 53 843.6 ist eine gattungsgemäße Steckverbindung bekannt, deren Buchse um einen Isolierkörper erwei- tert ist, der zwei Kontaktflächen aufweist. Diese beiden Kontaktflächen sind auf der Oberseite des Isolierkörpers angeordnet und verlaufen als Kontaktschienen in Längsrichtung der Buchse parallel zur Buchsenöffnung. Die Buchse in Form der Standard-Buchse hat ihrerseits Kontaktflächen zum Anschluss der Buchse an eine Baugruppe bzw. Leiterplatte. Der zugehörige Stecker dieser bekannten Steckverbindung weist eine Trägerplatte aus isolierenden Material auf, an der zwei Kontaktelemente in Form von Kontaktfedern befestigt sind. Diese Trägerplatte ist an einem Isolierstoffkörper befestigt, der am kabelseitigen Ende des Standard-Steckers angebracht ist. Da der Standard-Stecker einen Rasthaken aufweist, mit dem dieser Stecker mechanisch mit der Buchse im gesteckten Zustand verrastet ist, ist die Trägerplatte auf der dem Rasthaken abgewandten Seite des Steckers platziert. Diese Trägerplatte ist derart an dem Isolierstoffkörper befestigt, dass die Trägerplatte oberhalb des Steckerelementes zu liegen kommt und die Seite der Trägerplatte mit den Kontaktelementen in den Zwi- υ cυ ) ) h-¹ h-¹ cn o π o Cπ O cn

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Damit die geforderten Luft- und Kriechstrecken eingehalten werden können, sind die zusätzlichen Kontaktzungen an der den Daten-Kontaktzungen gegenüberliegenden Seite angebracht. Außerdem sind die beiden zusätzlichen Kontaktzungen auf dieser Seite beabstandet zueinander angeordnet.

Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Buchse und des Steckers einer Standard-Steckverbindung kann die bisherige Innenbelegung beibehalten werden. Da außerdem die Steckergrö- ße und damit die Buchsengröße sich gegenüber der Standard- Steckverbindung nicht geändert hat, können auch weitere Geräte mit Standard-Stecker, wie z.B. ein Diagnosecomputer, an eine Buchse nach der Erfindung gesteckt werden, ohne das dieser in seiner Funktion gestört wird.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Elemente des erfindungsgemäßen Steckverbinders sind den Unteransprüchen 2 bis 8 zu entnehmen .

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung Bezug genommen, in der die Elemente der Steckverbindung nach der Erfindung schematisch veranschaulicht sind.

FIG 1 zeigt die Buchse der erfindungsgemäßen Steckverbindung, wobei in der

FIG 2 der zugehörige Stecker veranschaulicht ist.

In der FIG 1 ist eine Buchse 2 der erfindungsgemäßen Steckverbindung in einer Schrägansicht näher dargestellt. Zunächst werden die Elemente beschrieben, die eine standardisierte

Buchse 2 aufweisen. Dabei handelt es sich um Kontaktzungen 4, die in einer Reihe nebeneinander angeordnet sind. Diese Kontaktzungen 4 ragen in einen Einsteckbereich 6, in dem im gesteckten Zustand der Stecker 8, dargestellt in der FIG 2, eingerastet ist. Die Kontaktzungen 4 sind jeweils mit Lötstiften 10 elektrischleitend verbunden. Damit die Buchse 2 mechanisch auf eine Leiterplatte, die wegen der Übersicht- U> cυ IV) IV) P> P¹ tn o Cπ o Cπ o cπ

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Claims

Patentansprüche

1. Steckverbindung für einen Ethernet-Anschluss, bestehend aus einer Buchse (2) und einem Stecker (8), die im wesentli- chen RJ45-kompatibel sind, wobei die Buchse (2) einen zum Stecker (8) korrespondierenden Einsteckbereich (6) aufweist, in dem mehrere in einer Reihe nebeneinander angeordneten Kontaktzungen (4) ragen, und wobei der arretierbare Stecker (8) mehrere Kontaktstifte (32) aufweist, die in nebeneinander an- geordneten Fuhrungsnuten (30) angeordnet sind, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Buchse (2) zum Anschluss einer Versorgungsspannung zwei weitere Kontaktzungen (22,24) aufweist, die zueinander und gegenüber den in einer Reihe nebeneinander angeordneten Kontaktzungen (4) zueinander beabstandet im Einsteckbereich (6) angeordnet sind, und das der Stecker (8) zu diesen zwei weiteren Kontaktzungen (22,24) korrespondierende Kontaktstifte (38) aufweist, die in zusätzlichen Fuhrungsnuten (34,36) angeordnet sind.

2. Steckverbindung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Kontaktzungen (4,22,24) jeweils mit Lötstiften (10,26,28) elektrischleitend verbunden sind.

3. Steckverbindung nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Buchse (2) im Einsteckbereich (6) eine Einsteckbegrenzung aufweist .

4. Steckverbindung nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der Stecker (8) eine Einsteckbegrenzung aufweist.

5. Steckverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Buchse (8) Raststifte (12) aufweist.

6. Steckverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass zur Arretierung des Steckers (8) dieser einen betätigbaren Rasthaken (16) aufweist.

7. Steckverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Buchse (2) als SMD-Bauelement ausgebildet ist.

8. Steckverbindung nach einem der zu vorgenannten Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Kontaktstifte (32,38) des Steckers (8) als Crimpkontaktstifte ausgeführt sind.

9. Gerät mit einer Anschlussbuchse für Ethernet, die im wesentlichen RJ45-kompatibel ist, d a d u r c h g ek e n n z e i c h n e t, dass die Buchse (2) zum Anschluss einer Versorgungsspannung zwei weitere Kontaktzungen (22,24) aufweist, die gegenüber den in einer Reihe nebeneinander an- geordneten Kontaktzungen (4) zueinander beabstandet im Einsteckbereich (6) angeordnet sind.

10. Verwendung einer Steckverbindung nach Anspruch 1 für einen Ethernet-Anschluss eines Gerätes.