Isolierteil für HF-Steckverbinder, insbesondere FAKRA-Steckverbinder
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Isolierteil, beispielsweise für einen FAKRA- Steckverbinder, zum Halten wenigstens eines Innenleiterteiles in einer vorbestimmten Position in einem HF-Steckverbinder, wobei das Isolierteil wenigstens eine Axialbohrung zur Aufnahme des wenigstens einen Innenleiterteiles aufweist, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft ferner einen HF- Steckverbinder mit einem Außenleiterteil, wenigstens einem Innenleiterteil und einem Isolierteil, welches wenigstens eine Axialbohrung zur Aufnahme des wenigstens einen Innenleiterteiles aufweist, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 11.
Aus der US 2003/0176104 A1 ist ein Koaxialsteckverbinder mit einem Kunststoffgehäuse bekannt, welcher dem sog. FAKRA-Standardisierungsschema (FAKRA = Fachkreis Automobiltechnik) für SMB-Verbindungen entspricht. Hierbei ist ein Kunststoffgehäuse vorgesehen, welches den Steckverbinder hält, schützt und für den Steckvorgang mit einem änderen Steckverbinder mit Kunststoffgehäuse vorpositioniert. Das Gehäuse weist zusätzlich mechanische Kodierungen auf, so dass nur zusammenpassende Gehäuse ineinander gesteckt werden können.
Derartige Kunststoffgehäuse für Koaxialsteckverbinder, welche auch FAKRA- Gehäuse genannt werden, finden in der Automobiltechnik Anwendung für
Datenübertragungskabel. Diese Datenübertragungskabel sind üblicherweise Koaxialkabel oder ähnliche auf einem elektrischen Leiter basierende Kabel. Die mechanischen Abmessungen derartiger FAKRA-Gehäuse im Interface-Bereich, d.h. in einem axialen Abschnitt des Gehäuses, welcher mit einem komplementären Stecker zusammenwirkt, um eine mechanische Verbindung zwischen beiden Kunststoffgehäusen herzustellen, sind in der DIN-Norm 72594-1 in der Fassung vom Oktober 2004 festgelegt. Der Teil "Straßenfahrzeuge - 50-Ohm-Hochfrequenz- Schnittstelle (50-Ω-HFSSt) - Teil 1 : Maße und elektrische Anforderungen" der o.g. DIN-Norm 72594-1 legt Stecker und Kuppler einer Schnittstelle mit einer Impedanz von 50 Ohm für Hochfrequenz-Anwendungen (50-Ω-HFSSt) in Straßenfahrzeugen fest und stellt so die Kommunikation zum und vom Kfz sicher. Er legt maßliche und elektrische Anforderungen und Eigenschaften fest und sichert deren Austauschbarkeit. Alle namhaften Autohersteller fertigen nach dieser Norm. Der Inhalt dieser Norm wird von dem Normenausschuss Kraftfahrzeuge (FAKRA) festgelegt.
Der Normenausschuss Kraftfahrzeuge (FAKRA) im DIN vertritt die regionalen, nationalen und internationalen Normungsinteressen auf dem Gebiet des Kraftfahrzeugwesens. Das Aufgabengebiet des FAKRA umfasst die Erstellung von allen Normen bezüglich Vereinbarkeit, Austauschbarkeit und Sicherheit für Straßenfahrzeuge nach DIN 70010 (ausgenommen Ackerschlepper), unabhängig davon, ob diese Straßenfahrzeuge mit Verbrennungsmotoren, Elektromotoren oder Hybridantrieben ausgerüstet sind. Auch für die Aufbauten dieser Straßenfahrzeuge (ausgenommen Kommunal-, Feuerwehrfahrzeuge und Krankenkraftwagen) erstellt der FAKRA Normen. Ferner ist er zuständig für die Normung der gesamten Ausrüstung vorstehend genannter Fahrzeuge und Aufbauten sowie für die Normung der Frachtcontainer (ISO-Container). Die Normung fördert Rationalisierung und Qualitätssicherung im Kraftfahrzeugbau sowie die Umweltverträglichkeit des Kraftfahrzeugs. Außerdem trägt sie dem aktuellen Stand von Technik und Wissenschaft entsprechend zur Erhöhung der Fahrzeug- und Verkehrssicherheit bei, zum Nutzen der Hersteller und Verbraucher.
Das Isolierteil eines HF-Steckverbinders dient dazu, ein Innenleiterteil des HF- Steckverbinders an einer vorbestimmten Position innerhalb eines Außenleiterteiles des HF-Steckverbinders zu halten und dabei einen elektrischen Kontakt zwischen Innenleiterteil und Außenleiterteil zu verhindern. Das Isolierteil ist dazu bevorzugt aus einem Dielektrikum hergestellt, welches ein entsprechender elektrischer Isolator ist. Da der Wellenwiderstand beziehungsweise die Impedanz über den gesamten HF- Steckverbinder konstant sein soll, muss der Innenleiter in dem Bereich, in dem er innerhalb des als Dielektrikum ausgebildeten Isolierteils verläuft, einen geringeren Durchmesser haben als außerhalb des Isolierteils, wo lediglich Luft zwischen dem Innenleiterteil und Außenleiterteil als Dielektrikum angeordnet ist. Diese entsprechende Änderung der Dielektrizitätskonstante durch unterschiedliche Medien zwischen Innenleiterteil und Außenleiterteil muss durch eine entsprechende Änderung des Durchmessers des Innenleiterteiles ausgeglichen werden, um einen konstanten Wellenwiderstand zu erzielen. Dies bedeutet jedoch, dass ein Durchmesser des Innenleiterteiles unmittelbar benachbart zum Isolierteil größer ist als eine Axialbohrung des Isolierteils, durch welche das Innenleiterteil verlaufen soll. Es ist daher nicht möglich einfach das Innenleiterteil axial durch die Axialbohrung des Isolierteils hindurch zu schieben beziehungsweise zu stecken. Bisher ist es bekannt, entweder das Isolierteil derart auszubilden, dass die Axialbohrung für die Montage des Innenleiterteiles aufgeweitet werden kann, oder das Innenleiterteil aus zwei Teilen herzustellen, die nach dem durchstecken eines Teils des Innenleiterteiles durch das Isolierteil hindurch zusammengebaut werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Verbesserung des Aufbaus und der Montage für einen HF-Steckverbinder zur Verfügung zu stellen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Isolierteil der o.g. Art mit den in Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmalen und durch einen HF-Steckverbinder der oben genannten Art mit den in Anspruch 11 gekennzeichneten Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiteren Ansprüchen beschrieben.
Bei einem Isolierteil der o.g. Art ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Isolierteil für wenigstens eine Axialbohrung einen Radialschlitz aufweist, welcher sich in axialer Richtung über die gesamte axiale Länge des Isolierteiles und in radialer Richtung vom Umfang des Isolierteiles bis zur jeweiligen Axialbohrung erstreckt, wobei an einer Eintrittsstelle des Radialschlitzes in die Axialbohrung der Radialschlitz in Umfangsrichtung eine Breite aufweist, die kleiner ist als ein Durchmesser der Axialbohrung.
Dies hat den Vorteil, dass das Innenleiterteil in radialer Richtung in des Isolierteil eingesteckt werden kann und dabei selbsttätig verrastet, ohne dass dafür wegen des größeren Durchmessers des Innenleiterteiles außerhalb des Isolierteils die Axialbohrung aufgeweitet oder das Innenleiterteil mehrteilig ausgebildet werden muss. Ferner sind durch die besondere Ausbildung des Isolierteils die elektrischen Eigenschaften des Stern-Vierer-Leiters auf kleinem Raum realisiert.
Eine besonders vorteilhafte Übertragung von HF Signalen über zwei einem Paar kombinierte Innenleiterteile ohne Übersprechen von einem Innenleiterteil des Paares zum anderen Innenleiterteil dieses Paares erzielt man dadurch, dass das Isolierteil wenigstens ein, insbesondere zwei Paar Axialbohrungen für je zwei Innenleiterteile mit jeweils zugeordnetem Radialschlitz aufweist, wobei in einer Schnittebene senkrecht zur axialen Längsachse des Isolierteils die Mittelpunkte aller Axialbohrungen auf einer gemeinsamen Kreislinie liegen, wobei die Axialbohrungen eines Paares bevorzugt symmetrisch bezüglich der Mittellängsachse des Isolierteiles angeordnet sind. Ein Mittelpunkt der Kreislinie liegt hierbei bevorzugt auf der Mittellängsachse des Isolierteiles.
Eine besonders vorteilhafte Signalübertragung über vier Innenleiter mit minimaler HF-Einkopplung von einem Innenleiter auf den anderen erzielt man dadurch, dass das Isolierteil wenigstens zwei Paar Axialbohrungen für insgesamt vier Innenleiterteile aufweist, wobei die Axialbohrungen derart angeordnet sind, dass eine die Mittelpunkte der Axialbohrungen eines Paares verbindende Linie senkrecht zu einer die Mittelpunkte der Axialbohrungen des anderen Paares verbindenden Linie
steht. Bei einer derartigen Anordnung befinden sich die Innenleiterteile eines Paares in einer Masseebene des anderen Paares, sodass eine HF-Einkopplung von einem Innenleiter-Paar auf das andere Innenleiter-Paar minimiert ist. Dieses Konzept der Signalübertragung Mittels vier Innenleiter wird auch als "Stern-Vierer" bezeichnet.
Dadurch, dass das Isolierteil wenigstens zwei Axialbohrungen für zwei Innenleiterteile mit jeweils zugeordnetem Radialschlitz aufweist, wobei in Umfangsrichtung zwischen wenigstens zwei benachbarten Radialschlitzen eine zusätzliche Radialnut vorgesehen ist, welche sich in axialer Richtung über die gesamte axiale Länge des Isolierteiles erstreckt, erhalten die Wandungen eines Radialschlitzes eine elastische Flexibilität und können beim radial einschieben eines Innenleiterteiles in die zugeordneten Axialbohrung in Umfangsrichtung ausgelenkt werden, sodass das radiale einstecken der Innenleiterteile in die zugeordneten Axialbohrungen vereinfacht und gleichzeitig ein mechanischer Rückhaltemechanismus für das in die Axialbohrung eingesteckte Isolierteil durch die elastische Federkraft der Wandungen eines Radialschlitzes verbessert ist. Dies wird weiterhin dadurch unterstützt, dass ein Durchmesser der Axialbohrung kleiner ausgebildet ist als ein Durchmesser des einzusteckenden Innenleiterteiles, da hierdurch die Wandungen eines Radialschlitzes durch das in die Axialbohrung eingesteckte Innenleiterteil elastisch federnd aus einer Ruheposition ausgelenkt werden. Weiterhin ist durch entsprechende Wahl der Tiefe und Breite der Radialnuten ein sich über die axiale Länge des Isolierteiles ergebender Wellenwiderstand beeinflussbar.
Zweckmäßigerweise ist wenigstens eine Radialnut sich radial in Richtung Mittellängsachse des Isolierteiles verjüngend, insbesondere konisch verjüngend, ausgebildet.
Ein besonders einfaches Einstecken eines Innenleiterteiles in eine Axialbohrung in radialer Richtung durch einen zugeordneten Radialschlitz hindurch erzielt man dadurch, dass wenigstens ein Radialschlitz sich radial in Richtung Axialbohrung verjüngend, insbesondere konisch verjüngend, ausgebildet ist.
Eine weitere Impedanzkontrolle entlang des Isolierteiles erzielt man dadurch, dass das Isolierteil eine Mittelbohrung in axialer Richtung aufweist, wobei durch die Wahl des Durchmessers der Mittelbohrung auf die Impedanz entlang des Isolierteiles Einfluss genommen werden kann.
Bei einem HF-Steckverbinder der o.g. Art ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Isolierteil wie voranstehend beschrieben ausgebildet ist.
Dies hat den Vorteil, dass der HF-Steckverbinder mit der Anordnung eines Stern- Vierer-Leiters ausgestattet werden kann, wobei die besondere Ausbildung des Isolierteils die elektrischen Eigenschaften des Stern-Vierer-Leiters auf kleinem Raum ermöglicht und gleichzeitig eine einfache Montage erlaubt.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist der HF-Steckverbinder ein Kunststoffgehäuse auf, welches in seinem Interfacebereich mechanische Abmessungen aufweist, die dem FAKRA-Standardisierungsschema für 50-Ω-HFSSt entsprechen.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Diese zeigt in
Fig. 1 eine erste bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Isolierteils mit eingesteckten Innenleiterteilen in perspektivische Ansicht,
Fig. 2 eine zweite bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Isolierteiles in Seitenansicht,
Fig. 3 das Isolierteil gemäß Fig. 2 in einer Ansicht von vorne,
Fig. 4 dass Detail X von Fig. 3,
Fig. 5 eine erste bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Isolierteils mit eingesteckten Innenleiterteilen in einer Ansicht von vorne und
Fig. 6 eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen HF- Steckverbinders mit einem FAKRA-Gehäuse, in dem mittels des erfindungsgemäßen Isolierteils eine Stern-Vierer-Anordnung ausgebildet ist in Explosionsdarstellung.
Die aus Fig. 1 ersichtliche erste bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Isolierteiles 100 weist vier Axialbohrungen 12 auf, die sich über die gesamte axiale Länge des Isolierteiles 100 erstrecken. Jeder Axialbohrungen 12 ist ein Radialschlitz 14 zugeordnet, welcher sich von einem Umfang des Isolierteiles
100 bis zu einer jeweiligen Axialbohrung 12 erstreckt, so dass eine Öffnung der zugeordneten Axialbohrung 12 ausgebildet ist. Jeder Radialschlitz 14 erstreckt sich in axialer Richtung über die gesamte axiale Länge des Isolierteiles 100. Weiterhin sind Wandungen der Radialschlitze 14 derart ausgebildet, dass sie sich in radialer
Richtung einwärts in Richtung der zugeordneten Axialbohrungen 12 verjüngen. An einer Eintrittsstelle eines Radialschlitzes 14 in eine Axialbohrung 12 ist der
Radialschlitz 14 mit einer Breite ausgebildet, die kleiner ist als ein Durchmesser der Axialbohrung 12. Hierdurch ist eine mechanisch Rückhaltung für ein in der
Axialbohrung 12 angeordnetes Innenleiterteil 16 ausgebildet.
Das Isolierteil 100 weist eine Mittelbohrung 18 auf, die sich ebenfalls über die gesamte axiale Länge des Isolierteiles 100 erstreckt. Mittels dieser Mittelbohrung 18 wird durch entsprechende Wahl des Durchmessers dieser Mittelbohrung 18 auf einen Wellenwiderstand beziehungsweise eine Impedanz im Bereich des Isolierteiles 100 Einfluss genommen.
Weiterhin ist zwischen je zwei Wandungen von verschiedenen, in Umfangsrichtung neben einander liegenden Radialschlitzen 14 eine Radialnut 20 ausgebildet, die sich in axialer Richtung ebenfalls über die gesamte axiale Länge des Isolierteiles 100 erstreckt. Hierdurch können die jeweiligen Wandungen der Radialschlitze 14 in
Umfangsrichtung elastisch federnd verschwenken, wenn durch den Radialschlitz 14 hindurch in radialer Richtung ein Innenleiterteil 16 eingeschoben wird, wobei wegen der Breite des Radialschlitzes 14 im Bereich des Einganges zur Axialbohrung 12, welche kleiner ist als ein Durchmesser des Innenleiterteiles 16, die Wandungen des Radialschlitzes 14 etwas einander gedrückt werden. Sobald jedoch das Innenleiterteil 16 vollständig in die Axialbohrung 12 eingeschoben ist, können die Wandungen des Radialschlitzes 14 in entgegengesetzter Richtung zurück federn, sodass das Innenleiterteil 16 in der Axialbohrung 12 über mehr als die Hälfte des Umfanges des Innenleiterteiles 16 umschlossen ist. Die elastische Federkraft der Wandungen des Radialschlitzes 14 verhindert dabei ein herausfallen des Innenleiterteiles 16 in radialer Richtung.
Die Radialnut hat zusätzlich die Aufgabe, durch Wahl einer entsprechenden Breite und Tiefe den Wellenwiderstand über das Isolierteil 100 zu beeinflussen.
Bei dieser ersten bevorzugten Ausführungsform eines Isolierteiles 100 sind vier Axialbohrungen 12 vorgesehen, die jeweils ein Innenleiterteil 16 aufnehmen, sodass das Isolierteil 100 insgesamt vier Innenleiter 16 an vorbestimmten Positionen hält. Das Innenleiterteil 100 ist dabei zum Einschieben in eine nicht dargestellte Außenleiterhülse eines HF-Steckverbinders ausgebildet, sodass das Isolierteil 100 die vier Innenleiter 16 an vorbestimmten Positionen innerhalb des Außenleiterteiles hält. Die besondere Anordnung der vier Axialbohrungen 12 wird nachfolgend anhand der zweiten bevorzugten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die Figuren 2 bis 4 beschrieben.
Figuren 2 bis 4 zeigen eine zweite bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Isolierteiles 200, wobei gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen sind, sodass zu deren Erläuterung auf die obige Beschreibung der Fig. 1 verwiesen wird. Wie bereits bei der ersten Ausführungsform 100 ist auch dieses Isolierteil 200 zum Halten von vier Innenleitern 16 ausgebildet. Wie insbesondere aus Fig. 3 ersichtlich, liegen in einer Schnittebene senkrecht zu einer Mittellängsachse 22 des Isolierteiles 200 die jeweiligen Mittelpunkte 24 aller
Axialbohrungen 12 auf einer gemeinsamen Kreislinie 26, deren Mittelpunkt auf der Mittellängsachse 22 liegt.
Durch diese Anordnung der Axialbohrungen 12 ergibt sich für die Position der Innenleiterteile folgendes. Je zwei Innenleiterteile sind als Innenleiterteil-Paar symmetrisch zur Mittellängsachse 22 angeordnet. Ferner sind die Axialbohrungen 12 derart angeordnet, dass eine die Mittelpunkte der Axialbohrungen 12 eines Paares verbindende Linie 28 senkrecht zu einer die Mittelpunkte der Axialbohrungen 12 des anderen Paares verbindende Linie 30 steht. Hierdurch befindet sich ein Innenleiterteil-Paar genau in der Masseebene des anderen Innenleiterteil-Paares. Diese Anordnung wird auch als "Stern-Vierer" bezeichnet und hat den besonderen Vorteil, dass ein Übersprechen von HF-Signalen sowohl innerhalb eines Innenleiterteil-Paares als auch zwischen verschiedenen Innenleiterteil-Paaren minimiert ist. Ein HF-Steckverbinder, der mit einem derartigen Isolierteil 100 bzw. 200 versehen ist, führt daher die geometrischen Bedingungen für eine "Stern-Vierer- Signalleitungen" in geeigneter Weise fort. Die Wandungen der Radialnuten 20 sind, wie aus Fig. 4 ersichtlich, derart ausgebildet, dass sie im rechten Winkel zueinander stehen.
Die Innenleiterteile eines Paares sind zweckmäßigerweise komplementär als Stecker und Buchse ausgebildet. Dies hat den Vorteil, dass ein derartiger HF-Steckverbinder keine zwei verschiedenartige Typen (Buchse und Stecker) benötigt, sondern zwei identische HF-Steckverbinder durch einfaches drehen um 90° ineinander steckbar sind.
Figur 5 zeigt eine dritte bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Isolierteiles 300, wobei gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen sind, sodass zu deren Erläuterung auf die obige Beschreibung der Fig. 1 verwiesen wird. Bei dieser dritten Ausführungsform sind lediglich zwei Axialbohrungen 12 für ein Paar von Innenleiterteilen 16 vorgesehen. Dementsprechend sind auch lediglich zwei symmetrisch zur Mittellängsachse 22 des Isolierteiles 300 angeordnete Radialnuten 20 ausgebildet. Die Axialbohrungen 12 sind analog wie bei den vorhergehenden
Ausführungsformen symmetrisch zur Mittellängsachse 22 und auf einer gemeinsamen Kreislinie (nicht dargestellte), deren Mittelpunkt auf der Mittellängsachse 22 liegt, angeordnet.
Fig. 6 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen HF- Steckverbinders mit einem Außenleiterteil 34 und einem FAKRA-Gehäuse 32, in dem mittels des erfindungsgemäßen Isolierteils 100 eine Stern-Vierer-Anordnung ausgebildet ist. Das Isolierteil hält die vier Innenleiter 16 in der Stern-Vierer- Anordnung innerhalb des FAKRA-Gehäuse 32 und des Außenleiterteils 34. Trotz einer vom herkömmlichen Signalleiter bei FAKRA-Gehäusen abweichenden Leiteranordnung in der Form einer Stern-Vierer-Signalleitung können somit genormte Steckverbindungen verwendet werden. Gegenüber herkömmlichen FAKRA- Steckverbindungen bietet jedoch die erfindungsgemäße FAKRA-Steckverbindung mit Stern-Vierer-Signalleitung eine erheblich verbesserte Signalübertragung, wobei ein Übersprechen bzw. eine Interferenz zwischen den Leitern durch die Stern-Vierer- Anordnung wirksam vermieden ist.