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Die Erfindung betrifft einen elektrischen Steckverbinder zum lösbaren Verbinden eines mehradrigen Kabels mit einem Gegensteckverbinder, mit einem das Kabel bzw. die Adern des Kabels umgebenden Griffkörper, mit einem eine Mehrzahl von Kontaktelementen aufnehmenden bzw. haltenden Kontaktträger und mit einem drehbar angeordneten hülsenförmigen Gewindeteil, wobei die einzelnen Kontaktelemente elektrisch leitend mit den einzelnen Adern verbunden sind und wobei das hülsenförmige Gewindeteil mit einem korrespondierenden hülsenförmigen Gewindeteil des Gegensteckverbinders verschraubbar ist.
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Ein derartiger Steckverbinder ist aus der
EP 1 422 791 A1 bekannt. Diese Druckschrift offenbart einen elektrischen Steckverbinder für mehradrige Kabel, der verbesserte Übertragungseigenschaften aufweist und insbesondere ein Übersprechen verhindert, wozu die Adern äquidistant innerhalb eines Steckergehäuses angeordnet sind und eine Abschirmung mit Abschirmplatten des Steckers verbunden ist.
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Die
DE 199 31 728 A1 offenbart einen Kontaktträger für vielpolige elektrische Steckverbinder, der aus einer Mehrzahl von beweglich aneinander befestigten Kontaktträgerteilen besteht, wobei die Kontaktträgerteile im Montagezustand ein Paket mit einer im wesentlichen zylindrischen Umfangskontur ausbilden, so dass der Kontaktträger in einen Rundstecker einsetzbar ist. Die Kontaktträgerteile weisen in ihren zueinander gewandten, innenliegenden Oberflächen jeweils korrespondierende Vertiefungen auf, die sich im Montagezustand jeweils zu einem Durchgangsloch zur Halterung eines Kontaktelements ergänzen. Dadurch können die Kontaktelemente jeweils in einer senkrecht zur Steckrichtung gerichteten Bewegung in die Vertiefungen in der Oberfläche des Kontaktträgerteiles eingesetzt werden.
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Aus der
DE 10 2006 025 611 B3 ist ein Kontakthalter für einen Stecker oder eine Steckdose bekannt, der aus einem Schutzteil und einem darin eingesetzten Basisteil besteht. Das Basisteil weist mehrere sich in Längsrichtung erstreckende Öffnungen auf, in die die einzelnen Kontakte einsetzbar sind. Zur besseren Führung der Kontakte weist eine Stirnseite des Basisteils mehrere Kragen auf, die jeweils an die einzelnen Öffnungen anschließen.
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Die
DE 43 09 781 A1 offenbart einen abgeschirmten elektrischen Verbinder, der eine von einem Metallmantel abgedeckte Steckseite zur Verbindung mit gedruckten Schaltungsplatinen aufweist. Zur Befstigung des Verbinders an einer Platine weist der Verbinder ein Paar Befestigungsglieder mit federnd nachgiebigen Metallschenkeln auf, die mit federnd nachgiebigen Befestigungslaschen des Metallmantels verrasten.
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Daneben betrifft die Erfindung noch eine elektrische Steckverbindung mit einem Steckverbinder und einem Gegensteckverbinder, wobei der Steckverbinder eine Überwurfschraube als hülsenförmiges Gewindeteil aufweist und der Gegensteckverbinder eine Außenhülse mit einem zum Außengewinde der Überwurfschraube des Steckverbinders korrespondierenden Innengewinde und einen eine Mehrzahl von Gegenkontaktelementen aufnehmenden bzw. haltenden Gegenkontaktträger aufweist. Schließlich betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zum Anschließen der Adern eines mehradrigen Kabels an einen elektrischen Steckverbinder.
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Elektrische Steckverbindungen bestehen im wesentlichen aus zwei Teilen, dem elektrischen Steckverbinder und dem Gegensteckverbinder. Sowohl der Steckverbinder als auch der Gegensteckverbinder weisen jeweils einen Kontaktträger mit einer Mehrzahl von Kontakten auf, bei denen es sich entweder um Kontaktstifte oder um korrespondierende Kontaktbuchsen handelt. In Abhängigkeit davon, ob in dem jeweiligen Kontaktträger die Kontaktstifte oder die Kontaktbuchsen angeordnet sind, wird das zugehörige Verbindungsteil auch als Stecker oder als Buchse bezeichnet. In der Praxis ist es zumeist so, dass der Steckverbinder, dessen Kontaktträger die Kontaktstifte aufweist, d. h. der Stecker, eine Überwurfschraube mit einem Außengewinde als hülsenförmiges Gewindeteil und der Steckverbinder, in dessen Kontaktträger die Kontaktbuchsen angeordnet sind, d. h. die Buchse, eine Außenhülse mit einem Innengewinde aufweist. Werden mit der Steckverbindung zwei Kabel miteinander verbunden, so ist die Außenhülse der Buchse als eine Art Überwurfmutter ausgebildet.
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Derartige elektrische Steckverbindungen bzw. Steckverbinder werden als Industriestecker in der Automatisierungstechnik sowohl in Schaltschränken als auch bei Feldgeräten in unterschiedlichen Ausführungsformen eingesetzt. Weite Verbreitung haben dabei insbesondere die Bauformen M8 und M12 mit 4, 5, 6 oder auch 8 Kontakten gefunden. Die Steckverbinder dienen dann zum Anschluss von Anschlusskabeln mit einer entsprechenden Anzahl an Adern, wobei die einzelnen Adern jeweils aus einem Leiter und einer den Leiter umgebenden Aderisolation bestehen und gemeinsam von einer Kabelisolation umgeben sind. Anstelle eines massiven Leiters können die Adern auch mehrere Litzen aufweisen, wobei nachfolgen – ohne Einschränkung hierauf – stets nur von Leitern die Rede ist; dies soll somit stets auch Litzen umfassen.
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Elektrische Steckverbinder können entweder frei konfektionierbar oder bereits fertig verdrahtet sein, wobei dann der Kontaktträger und das Kabel in der Regel von dem Griffkörper umspritzt sind. Dabei kann auch der Griffkörper selber durch Umspritzen der Kontaktträger hergestellt werden.
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Aus der
WO 2008/061780 A2 ist ein industrietauglicher Verbinder mit kreisförmigem Verbindungsgesicht bekannt, der konfektionierbar und zur Übertragung von Multiplexsignalen und für Ethernet Anwendungen einsetzbar ist. Vorzugsweise handelt es sich dabei um einen 8-poliger Rundstecker, der einen inneren, in drei Einzel-Hauptelemente unterteilten Aufbau aufweist. Der erste Teil wird von den Steckkontakten gebildet, die zum Verbinden mit einem Gegenstecker vorgesehen sind, den zweiten Teil bildet ein Anschlussblock, der einen Anschluss einer Datenleitung im Feld bietet und der dritte Teil ist eine Leiterplatte, die das Verbindungselement zwischen dem Anschlussblock und den Stiftkontakten bildet.
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Bei einem vom Verbraucher nicht frei konfektionierbaren Steckverbinder erfolgt die elektrische und mechanische Verbindung der einzelnen Adern bzw. Leiter eines Kabels mit den einzelnen Kontaktelementen insbesondere durch eine Lötverbindung oder durch eine Crimpverbindung. Bei der Crimp-Anschlusstechnik wird das abisolierte Ende einer Ader in eine entsprechende Anschlußhülse (Crimphülse) oder einen hülsenförmigen Endabschnitt des Kontaktelements axial eingeführt und anschließend durch mechanisches Zusammendrücken der Crimphülse bzw. des hülsenförmigen Endabschnitts elektrisch und mechanisch mit der Crimphülse bzw. dem Kontaktelement verbunden. Durch das in DIN EN 60352-2 genormte Crimpen erfolgt eine lötfreie elektrische Verbindung, wobei die Crimpverbindung sowohl durch Handcrimpwerkzeuge als auch mittels halb- oder vollautomatischer Crimpmaschinen hergestellt werden kann. Das Abisolieren der Adern und das Crimpen der Kontaktelemente lässt sich maschinell in einem Arbeitsgang durchführen, so dass die Crimptechnik das Löten weitgehend in den Hintergrund verdrängt hat.
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Elektrische Steckverbindungen sind Schnittstellen, die elektrische Signale oder Leistungen übertragen, wobei die Steckverbindungen bzw. Steckverbinder je nach Anwendungsfall unterschiedliche Anforderungen erfüllen müssen. Bei Steckverbindern, die in der Signal- und Datentechnik eingesetzt werden, insbesondere bei solchen Steckverbindern, die innerhalb von Netzwerken und Feldbussen eingesetzt werden, müssen entsprechend der Datenübertragungsrate des jeweiligen Netzwerks bzw. Feldbusses gewisse hochfrequente Randbedingungen berücksichtigt werden, um ein einwandfreies Übertragen der Signale und Daten zu gewährleisten.
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Werden Steckverbinder bzw. Steckverbindungen für die Signal- und Datentechnik nicht nur in Bürogebäuden sondern auch im rauen industriellen Umfeld eingesetzt, so müssen die Steckverbinder bzw. Steckverbindungen entsprechend robuster ausgebildet sein und eine möglichst hohe Schutzart, vorzugsweise IP67 aufweisen. Aus diesem Grund sind handelsübliche RJ45-Stecker, wie sie aus dem Bürokommunikationsbereich bekannt sind, im industriellen Bereich nur eingeschränkt einsetzbar. Daher sind Schutzgehäuse, so genannte Tüllengehäuse, entwickelt worden, die ein bereits mit einem Kabel verbundenen RJ45-Stecker aufnehmen können und dadurch den Stecker gegen äußere Einflüsse und Beschädigungen schützen. Ein entsprechendes Schutzgehäuse ist beispielsweise aus der
DE 100 31 341 C2 bekannt.
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Um die im industriellen Bereich weit verbreiteten Steckverbinder der Bauform M12, die eine ausreichende mechanische Robustheit und Schutzklasse aufweisen, auch im Bereich der Signal- und Datentechnik, insbesondere bei Netzwerken und Feldbussen – und hier insbesondere auch für Ethernet-Anwendungen – einsetzen zu können, muss deren innerer Aufbau dahingehend modifiziert werden, dass die Anforderungen hinsichtlich der Datenübertragung erfüllt werden können. Insbesondere bei höheren Übertragungsraten sind dabei Steckverbinder mit einer größeren Anzahl an Kontakten, insbesondere mit acht Kontakten, erforderlich. Vergrößert sich die Anzahl der Kontakte, so führt dies – bei ansonsten gleich bleibendem Durchmesser des Steckverbinders – aufgrund der geringen Abmessungen zu einer aufwendigeren Montage des Steckverbinders sowie zu einem aufwendigeren Anschluss der einzelnen Adern an die einzelnen Kontaktelemente.
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Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen eingangs beschriebenen elektrischen Steckverbinder dahingehend weiterzuentwickeln, dass die Montage des Steckverbinders, insbesondere die Montage der Kontaktelemente im Kontaktträger einfacher möglich ist. Darüber hinaus liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine elektrische Steckverbindung anzugeben, die bei möglichst kompaktem Aufbau besonders gut für die Signal- und Datenübertragung im rauen industriellen Umfeld geeignet ist. Außerdem betrifft die Erfindung noch ein Verfahren zum einfachen Anschließen der Adern eines mehradrigen Kabels an einen elektrischen Steckverbinder.
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Die zuvor genannte Aufgabe ist bei dem eingangs beschriebenen elektrischen Steckverbinder dadurch gelöst, dass in dem Kontaktträger eine der Anzahl der Kontaktelemente entsprechende Anzahl an nach außen offenen, parallel zur Längsachse des Kontaktträgers verlaufenden Nuten ausgebildet ist, und dass in der dem Gegensteckverbinder zugewandten Stirnseite des Kontaktträgers, angrenzend an die Nuten, eine der Anzahl der Nuten entsprechende Anzahl an Durchgangslöchern ausgebildet ist, durch die die den Adern abgewandten Enden der Kontaktelemente im montierten Zustand in Längsrichtung der Kontaktelemente hindurchragen.
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Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Kontaktträgers wird das Einführen der Kontaktelemente in den Kontaktträger wesentlich erleichtert. Durch die Ausbildung der nach außen offenen Nuten anstelle der ansonsten bei Kontaktträgern ausgebildeten, sich über die gesamte Länge des Kontaktträgers erstreckenden Durchgangslöcher, kann ein Kontaktelement mit seinem der angeschlossenen Ader abgewandten Ende einfach durch das Durchgangsloch in der Stirnseite des Kontaktträgers durchgesteckt werden, wobei das Kontaktelement beim Durchstecken durch das Durchgangsloch einen Winkel zur Längsachse des Kontaktträgers größer Null aufweisen kann. Das freie Ende des Kontaktelements kann somit "schräg von der Seite" durch das Durchgangsloch durchgesteckt werden und erst danach in die korrespondierende Nut eingeschwenkt werden.
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Diese Vorgehensweise vereinfacht das Einführen der bereits mit den Adern verbundenen Kontaktelemente in den Kontaktträger erheblich. Zum einen müssen die freien Enden der Kontaktelemente nur durch die in der Stirnseite des Kontaktträgers ausgebildeten Durchgangslöcher, deren Länge wesentlich geringer ist als die Gesamtlänge des Kontaktträgers, durchgesteckt werden. Zum anderen erleichtert die Möglichkeit des Einsteckens der Kontaktelemente "schräg von der Seite" die Montage auch einer Mehrzahl von Kontaktelementen bei einem kompakten Steckverbinder.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die Durchgangslöcher in der Stirnseite des Kontaktträgers trichterförmig ausgebildet, wobei sich der Innendurchmesser der Durchgangslöcher von der den Nuten zugewandten Seite zur dem Gegensteckverbinder zugewandten Seite vergrößert. Die trichterförmige Ausbildung der Durchgangslöcher erleichtert die Schrägstellung der Kontaktelemente beim Einstecken in die Durchgangslöcher. Das Durchstecken und Einschwenken der Kontaktelemente wird dabei weiter erleichtert, wenn die Trichterform der Durchgangslöcher konzentrisch zur bevorzugten Einsteckrichtung der Kontaktelemente ausgerichtet ist. Zusätzlich können die Durchgangslöcher so ausgebildet sein, dass an ihrer schmalsten Stelle einen geringfügig größeren Durchmesser als die durchzusteckenden Enden der Kontaktelemente aufweisen.
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Die einzelnen Kontaktelemente sind bei dem erfindungsgemäßen elektrischen Steckverbinder nur in einem relativ geringen Bereich ihrer Gesamtlänge in einem Durchgangsloch geführt, während das freie Ende aus dem Durchgangsloch herausragt und das den Adern zugewandte Ende im montierten Zustand in der nach außen offenen Nut angeordnet ist. Dadurch ist die axiale Ausrichtung der Kontaktelemente weniger gut gesichert als bei herkömmlichen Kontaktträgern, bei denen die Länge der Durchgangslöcher der Länge des Kontaktträgers entspricht. Um die axiale Ausrichtung der Kontaktelemente in dem Kontaktträger besser zu gewährleisten, ist daher vorzugsweise vorgesehen, dass die Durchgangslöcher auf der dem Gegensteckverbinder zugewandten Stirnseite des Kontaktträgers jeweils von einem Kragen umgeben sind. Damit der Kragen das Einstecken des freien Endes eines Kontaktelements "schräg von der Seite" nicht behindert, weisen die Kragen auf der der Mittelachse des Steckverbinders zugewandten Seite jeweils eine Unterbrechung auf.
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Um die axiale Ausrichtung der Kontaktelemente in dem Kontaktträger besser zu gewährleisten, und um ein ungewolltes Herausschwenken der Kontaktelemente aus den Nuten zu verhindern, ist in den einzelnen Nuten vorzugsweise eine Einschnürung ausgebildet, in die die Kontaktelemente beim Einschwenken in die Nuten einrasten können. Weisen die Kontaktelemente korrespondierend zu den Nuten einen Abschnitt mit einem vergrößerten Durchmesser auf, beispielsweise ein den Adern zugewandtes hohles Ende, so kann auf einfache Art und Weise eine Verrastung zwischen der in den Nuten ausgebildeten Einschnürung und dem Abschnitt mit vergrößertem Durchmesser realisiert werden.
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Die zuvor beschriebene erfindungsgemäße Ausgestaltung des Kontaktträgers kann grundsätzlich bei allen Rundsteckverbindern eingesetzt werden. Besonders vorteilhaft ist die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Kontaktträgers jedoch bei solchen Steckverbindern, die eine größere Anzahl an Kontaktelementen aufweisen, insbesondere bei Steckverbindern, die zum Anschluss von Kabeln mit vier Adernpaaren dienen und somit acht Kontaktelemente aufweisen. Bei einem derartigen Steckverbinder ist gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass der Kontaktträger aus vier Kontaktträgerteilen besteht, die jeweils eine viertelkreisförmige Grundfläche aufweisen. Ist der Steckverbinder zum Anschluss von vier Adernpaaren vorgesehen, so sind in jedem Kontaktträgerteil zwei Nuten und in der dem Gegensteckverbinder zugewandten Stirnseite jedes Kontaktträgerteils korrespondierend zwei Durchgangslöcher ausgebildet. Die beiden Adern eines Adernpaares, welche vorzugsweise miteinander verdrillt sind, werden somit mit zwei Kontaktelementen verbunden, die nach der Montage in einem Kontaktträgerteil angeordnet sind.
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Dient der elektrische Steckverbinder zum Anschluss eines Kabels der Signal- und Datentechnik, insbesondere zum Anschluss eines Kabels, bei dem die verdrillten Adernpaare, mit einem metallischen Schirm umgeben sind (FTP = Foiled Twisted Pair bzw. PiMF = Paar in Metallfolie), so weist der elektrische Steckverbinder gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung zusätzlich eine zylinderförmige Hülse mit einem sich in Längsrichtung der Hülse erstreckenden, innerhalb der Hülse angeordneten kreuzförmigen Schirmungselement auf. Die vier Kontaktträgerteile sind dann derart innerhalb der zylinderförmigen Hülse angeordnet, dass die einzelnen Kontaktträgerteile durch die Arme des kreuzförmigen Schirmungselements voneinander getrennt sind. Hierdurch kann ein Übersprechen von einem Adernpaar auf ein anderes Adernpaar weitestgehend unterbunden werden, wozu die Hülse und das Schirmungselement vorzugsweise aus Metall bestehen. Zur vereinfachten Montage des elektrischen Steckverbinders sind dabei die Hülse und das Schirmungselement vorzugsweise einstückig ausgebildet.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ragt das kreuzförmige Schirmungselement auf der dem Kabel zugewandten Seite aus der Hülse heraus, so dass an dem herausragenden Ende des Schirmungselements die metallischen Schirme der einzelnen verdrillten Adernpaare (PiMF) befestigt werden können, wodurch die Abschirmung zwischen den einzelnen Adernpaaren weiter verbessert und somit die Wahrscheinlichkeit eines Übersprechens von einem Adernpaar auf ein anderes Adernpaars weiter verringert wird.
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Um die Positionierung der einzelnen Kontaktträgerteile innerhalb der Hülse weiter zu erleichtern, ist am Innenumfang der Hülse vorzugsweise ein Anschlag für die Kontaktträgerteile ausgebildet. Nach dem Einstecken der Kontaktelemente in die einzelnen Kontaktträgerteile können diese somit einfach in die durch die Hülse und das kreuzförmige Schirmungselement gebildeten Kammern eingesteckt werden.
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Bei der eingangs beschriebenen elektrischen Steckverbindung bestehend aus einem Steckverbinder und einem Gegensteckverbinder, wobei der Steckverbinder einen ein Kabel umschließenden Griffkörper, einen eine Mehrzahl von Kontaktelementen aufnehmenden bzw. haltenden Kontaktträger und eine drehbar angeordnete Überwurfschraube mit einem Außengewinde und der Gegensteckverbinder eine Außenhülse mit einem zum Außengewinde der Überwurfschraube korrespondierenden Innengewinde und einen eine Mehrzahl von Gegenkontaktelementen aufnehmenden bzw. haltenden Gegenkontaktträger aufweist, wird die Eignung der Steckverbindung für die Signal- und Datenübertragung, insbesondere für Ethernet-Anwendungen dadurch auf einfache Art und Weise verbessert, dass die Gegenkontaktelemente des Gegensteckverbinders einen sich in axialer Richtung erstreckenden Bereich aufweisen, in dem der Außendurchmesser zur Impedanzanpassung verringert ist.
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Um eine fehlerfrei Datenübertragung bei Steckverbindungen, insbesondere bei solchen, die bei Busverbindungen oder Netzwerken mit hohen Datenübertragungsraten eingesetzt werden, gewährleisten zu können, müssen bestimmte hochfrequente Randbedingungen berücksichtigt werden. Neben dem möglichst geringen Übersprechen zwischen einzelnen Adernpaaren ist dabei die Reduzierung der Rückflussdämpfung von besonderer Bedeutung. Die Rückflussdämpfung (Return Los) wird im Wesentlichen durch die Homogenität des Wellenwiderstands bestimmt. Tritt in Ausbreitungsrichtung der elektromagnetischen Welle ein Impedanzsprung auf, so führt dies zu Reflektionen, die sich mit den zu übertragenden Nutzsignalen überlagern können, so dass es durch Interferenzen zur teilweisen Auslöschung des zu übertragenden Nutzsignals kommen kann.
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Da bei einer elektrischen Steckverbindung, die im industriellen Bereich eingesetzt werden soll, neben den hochfrequenten Randbedingungen auch andere Anforderungen, wie eine möglichst hohe Schutzklasse, eine ausreichende Kompaktheit bei gleichzeitig hoher mechanischer Stabilität und eine möglichst einfache Herstellbarkeit berücksichtigt werden müssen, kann es vorkommen, dass die Kontaktelemente des Steckverbinders in der Praxis eine andere differenzielle Längsimpedanz aufweisen als die Gegenkontaktelemente des Gegensteckverbinders. Erfindungsgemäß ist nun erkannt worden, dass ein Unterschied zwischen der differenziellen Längsimpedanz der Kontaktelemente des Steckverbinders und der differenziellen Längsimpedanz der Gegenkontaktelemente des Gegensteckverbinders dadurch weitestgehend reduziert werden kann, dass die Gegenkontaktelemente einen sich in axialer Richtung erstreckenden Bereich aufweisen, in dem der Außendurchmesser – im Vergleich zum Außendurchmesser in den anderen Bereichen des Gegenkontaktelements – verringert ist.
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Dadurch ist eine Impedanzanpassung der Gegenkontaktelemente an die Kontaktelemente möglich, ohne dass andere Parameter der Steckverbindung, beispielsweise die elektrische Leitfähigkeit der Kontaktelemente und der Gegenkontaktelemente oder der Anstand der Kontaktelemente bzw. der Gegenkontaktelemente zueinander verändert werden müssen. Da die differenzielle Längsimpedanz vom Verhältnis des Durchmessers eines Kontaktelements bzw. Gegenkontaktelements zum Mittenabstand zu benachbarten Kontaktelemente bzw. Gegenkontaktelemente abhängt, kann die differenzielle Längsimpedanz der Gegenkontaktelemente durch Veränderung des Durchmessers der Gegenkontaktelemente so angepasst werden, dass die differenzielle Längsimpedanz der Gegenkontaktelemente näherungsweise einem vorgegebenen Sollwert, beispielsweise 100 Ohm entspricht.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der elektrischen Steckverbindung ist das den Gegenkontaktelementen zugewandte Ende der Kontaktelemente stiftförmig und das den Kontaktelementen zugewandte Ende der Gegenkontaktelemente hohl ausgebildet, so dass die stiftförmigen Enden der Kontaktelemente in die hohlen Enden der Gegenkontaktelemente eingesteckt werden können. Sind die den Kontaktelementen abgewandten Enden der Gegenkontaktelemente stiftförmig ausgebildet, so können die Gegenkontaktelemente geräteseitig einfach mit einer Leiterplatte, beispielsweise im Wellenlötverfahren verbunden werden.
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Um bei der elektrischen Steckverbindung auch im Gegenstecker ein Übersprechen zwischen einzelnen Adern oder einzelnen Adernpaaren zu unterbinden, besteht der Gegenkontaktträger des Gegensteckverbinders gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung aus vier Gegenkontaktträgerteilen, die jeweils eine viertelkreisförmige Grundfläche aufweisen, wobei in jedem Gegenkontaktträgerteil mindestens eine sich in Längsrichtung erstreckende Bohrung zur Aufnahme eines Gegenkontaktelements angeordnet ist. Bei einer derartigen Ausgestaltung des Gegenkontaktträgers sind die vier Gegenkontaktträgerteile vorzugsweise durch ein innerhalb der Außenhülse angeordnetes, sich in Längsrichtung der Außenhülse bzw. des Gegenkontaktträgers erstreckendes kreuzförmiges Schirmungselement gegeneinander abgeschirmt. Die vier Kontaktträgerteile sind dabei vorzugsweise an ihrem Außenumfang bereichsweise miteinander verbunden, so dass das kreuzförmige Schirmungselement im montierten Zustand des Gegensteckverbinders in entsprechenden Nuten, die zwischen den einzelnen Gegenkontaktträgerteilen ausgebildet sind, angeordnet ist.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen elektrischen Steckverbindung, bei der sowohl der Gegensteckverbinder als auch der Steckverbinder ein kreuzförmiges Schirmungselement aufweist, haben die einzelnen Arme des kreuzförmigen Schirmungselements des Steckverbinders auf der dem Gegensteckverbinder zugewandten Seite jeweils eine sich in Längsrichtung des Steckverbinders erstreckende Verlängerung und die einzelnen Arme des kreuzförmigen Schirmungselements des Gegensteckverbinders auf der dem Steckverbinder zugewandten Seite jeweils eine sich in Längsrichtung des Gegensteckverbinders erstreckende korrespondierende Gegenverlängerung. Die Verlängerungen und die Gegenverlängerungen sind dabei so angeordnet und ausgebildet, dass sie sich in axialer Richtung überlappen, wenn der Steckverbinder und der Gegensteckverbinder miteinander verbunden sind. Durch das axiale "Überlappen" des kreuzförmigen Schirmungselements des Steckverbinders mit dem kreuzförmigen Schirmungselement des Gegensteckverbinders wird ein Übersprechen von einem Adernpaar auf ein anderes Adernpaar über die gesamte Länge der elektrischen Steckverbindung effektiv unterdrückt.
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Neben dem eingangs beschriebenen elektrischen Steckverbinder und der zuvor beschriebenen elektrischen Steckverbindung betrifft die vorliegende Erfindung auch ein Verfahren zum Anschließen der Adern eines mehradrigen Kabels an einen elektrischen Steckverbinder, wobei der elektrische Steckver-binder – wie zuvor beschrieben – einen Griffkörper, einen Kontaktträger zur Aufnahme einer Mehrzahl von Kontaktelementen und ein drehbar angeordnetes hülsenartiges Gewindeteil aufweist. Der Kontaktträger des Steckverbinders weist dabei eine der Anzahl der Kontaktelemente entsprechende Anzahl an nach außen offenen, parallel zur Längsachse des Kontaktträgers verlaufenden Nuten und in der den Adern abgewandten Stirnseite des Kontaktträgers, angrenzend an die Nuten, eine entsprechende Anzahl an Durchgangslöchern auf.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist das Anschließen der einzelnen abisolierten Adern durch folgende Schritte gekennzeichnet:
- – Verbinden der einzelnen abisolierten Enden der Adern mit den zugewandten Enden der einzelnen Kontaktelemente,
- – Durchstecken der den Adern abgewandten Enden der Kontaktelemente durch die Durchgangslöcher in der Stirnseite des Kontaktträgers, wobei die Kontaktelemente beim Durchstecken einen Winkel zur Längsachse des Kontaktträgers größer Null aufweisen, und
- – Einschwenken der Kontaktelemente in die Nuten im Kontaktträger, so dass die Kontaktelemente und mit ihnen die Adern parallel zur Längsachse des Kontaktträgers verlaufen.
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Vorteilhafterweise ist das erfindungsgemäße Verfahren bei einem elektrischen Steckverbinder, bei dem das den Adern zugewandte Ende der Kontaktelemente hohl ausgebildet ist, dadurch maschinell besonders einfach durchführbar, dass die einzelnen abisolierten Enden der Adern in die hohlen Enden der Kontaktelemente eingesteckt und durch mechanisches Zusammendrücken (Crimpen) der Enden der einzelnen Adern mit den einzelnen Kontaktelementen elektrisch leitend verbunden werden. Dazu kann ein Kontaktelement mit in das hohle Ende eingeführter Ader in die Aufnahme einer entsprechenden Pressbacke eingelegt werden und anschließend durch Niederdrücken einer Gegenbacke das Kontaktelement im Bereich der eingeführten Ader zusammengedrückt werden, wodurch das abisolierte Ende der Ader mit dem Kontaktelement elektrisch und mechanisch fest verbunden wird.
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Sind die einzelnen Kontaktelemente mit dem damit elektrisch leitend verbundenen Adern in den Kontaktträger oder in einzelne Kontaktträgerteile eingesetzt, so wird der Kontaktträger bzw. die Kontaktträgerteile vorzugsweise in eine zylinderförmige Hülse mit einem innerhalb der Hülse angeordneten, sich in Längsrichtung der Hülse erstreckenden kreuzförmigen Schirmungselement eingeschoben. Danach wird das hülsenartige Gewindeteil auf die Hülse aufgeschoben und anschließend die mit den Kontaktelementen verbundenen Adern und das Kontaktträgerteil bzw. die Kontaktträgerteile zur Herstellung eines Griffkörpers umspritzt.
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Im Einzelnen gibt es nun eine Vielzahl von Möglichkeiten, den erfindungsgemäßen elektrischen Steckverbinder bzw. die erfindungsgemäße elektrische Steckverbindung und das erfindungsgemäße Verfahren auszugestalten und weiterzubilden. Dazu wird verwiesen sowohl auf die den Patentansprüchen 1, 10 und 17 nachgeordneten Patentansprüche als auch auf die nachfolgende Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung. In der Zeichnung zeigen
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1 eine perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen elektrischen Steckverbinders,
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2 den elektrischen Steckverbinder gemäß 1, in Schnittdarstellung,
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3 eine Exlosionsdarstellung der wesentlichen Bauteile des elektrischen Steckverbinders gemäß 1,
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4 eine vergrößerte Darstellung eines Teils des Steckverbinders, mit angeschlossenen Adern,
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5 eine vergrößerte Darstellung eines Kontaktträgerteils des elektrischen Steckverbinders,
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6 zwei Darstellungen eines Kontaktträgerteils mit zwei Kontaktelementen,
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7 zwei Schnittdarstellungen des Kontaktträgerteils gemäß 6,
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8 eine perspektivische Darstellung einer elektrischen Steckverbindung, bestehend aus eine Steckverbinder und einem Gegensteckverbinder,
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9 die elektrische Steckverbindung gemäß 8, in Schnittdarstellung,
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10 eine perspektivische Darstellung des Gegensteckverbinders der elektrischen Steckverbindung,
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11 den Gegensteckverbinder gemäß 10, in Schnittdarstellung,
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12 eine Explosionsdarstellung der wesentlichen Bauteile des Gegensteckverbinders, und
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13 eine vergrößerte Darstellung eines Gegenkontaktelements des Gegensteckverbinders.
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Die 1 bis 3 zeigen einen elektrischen Steckverbinder 1 als Teil einer insgesamt in den 8 und 9 dargestellten elektrischen Steckverbindung, wobei der elektrische Steckverbinder 1 zum lösbaren Verbinden eines Kabels mit einem in den 10 bis 12 dargestellten Gegensteckverbinders 2 dient. Der elektrische Steckverbinder 1 weist einen das Kabel bzw. die – in 4 dargestellten – Adern 3 umgebenden Griffkörper 4, einen insgesamt acht Kontaktelemente 5 aufnehmenden und haltenden Kontaktträger 6 und eine drehbar angeordnete Überwurfschraube 7 mit einem Außengewinde 8 auf. Der elektrische Steckverbinder 1 kann dadurch mit dem Gegensteckverbinder 2 verbunden werden, dass die Überwurfschraube 7 mit ihrem Außengewinde 8 in eine zum Gegensteckverbinder 2 gehörende Außenhülse 9, die ein korrespondierende Innengewinde 10 aufweist, eingeschraubt wird.
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Wie aus den 1 und 10 erkennbar ist, sind sowohl das Außengewinde 8 der Überwurfschraube 7 als auch das Innengewinde 10 der Außenhülse 9 bereichsweise unterbrochen, d.h. sowohl das Außengewinde 8 als auch das Innengewinde 10 weisen mehrere in Steck- bzw. Aufschraubrichtung vorgesehene gewindefreie Bereiche auf. Dadurch ist es möglich, die Überwurfschraube 7 des Steckverbinders 1 zunächst in die Außenhülse 9 des Gegensteckverbinders 2 einzustecken, wobei zur sicheren Befestigung von Steckverbinder 1 und Gegensteckverbinder 2 die Überwurfschraube 7 nur um weniger als eine halbe Umdrehung verdreht werden muss. Dadurch kann die zum Befestigen oder Lösen der Steckverbindung benötigte Zeit deutlich reduziert werden. Eine ähnliche elektrische Steckverbindung, bei der das Außengewinde und das Innengewinde jeweils gewindefreie Bereiche aufweisen, wird von der Anmelderin unter der Produktbezeichnung "SPEEDCON" vertrieben (vgl. Prospekt "Industriestecker PLUSCON 2005", Seiten 58 und 59 der Phoenix Contact, Blomberg).
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Bei der in den Figuren dargestellten bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen elektrischen Steckverbinders 1 besteht der Kontaktträger 6 aus vier separaten Kontaktträgerteilen 61, 62, 63, 64, die jeweils eine viertelkreisförmige Grundfläche aufweisen. Wie insbesondere aus den 5 bis 7 erkennbar ist, sind in den einzelnen Kontaktträgerteilen 61, 62, 63, 64 jeweils zwei nach außen offene, parallel zur Längsachse des Steckverbinders 1 bzw. des Kontaktträgers 6 verlaufende Nuten 11 ausgebildet. Die Nuten 11 dienen dabei zur Aufnahme eines Teils der Kontaktelemente 5. Darüber hinaus sind in der dem Gegensteckverbinder 2 zugewandten Stirnseite 12 der einzelnen Kontaktträgerteile 61, 62, 63, 64 jeweils zwei Durchgangslöcher 13 ausgebildet, die derart in der Stirnseite 12 angeordnet sind, dass sie unmittelbar an die Nuten 11 angrenzen, so dass die den Adern 3 abgewandten Enden 14 der Kontaktelemente 5 im montierten Zustand durch die Durchgangslöcher 13 hindurchragen. Da der in den Figuren dargestellte elektrische Steckverbinder 1 insgesamt acht Kontaktelemente 5 aufweist, sind in dem Kontaktträger 6 somit insgesamt auch acht Nuten 11 und acht Durchgangslöcher 13 ausgebildet.
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Wie insbesondere aus den jeweils beiden Darstellungen in den 6 und 7 ersichtlich ist, kann durch die zuvor beschriebene Ausbildung der nach außen offenen Nuten 11 sowie der Durchgangslöcher 13 ein Kontaktelement 5 dadurch besonders einfach in dem Kontaktträger 6 bzw. einem Kontaktträgerteil 61 montiert werden, dass zunächst das freie, stiftförmige Ende 14 unter einem Winkel zur Längsachse des Kontaktträgerteils 61 größer Null, d.h. schräg von der Seite durch das Durchgangsloch 13 durchgesteckt wird (6a und 7a). Erst danach wird das Kontaktelement 5 in Längsrichtung des Kontaktträgerteils 61 ausgerichtet, indem das den Adern 3 zugewandten hohle Ende 15 des Kontaktelements 5 in die Nut 11 eingeschwenkt bzw. eingedrückt wird.
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Aus den 5 bis 7 ist darüber hinaus erkennbar, dass die Durchgangslöcher 13 auf der dem Gegensteckverbinder 2 zugewandten Seite 12 des Kontaktträgers 6 bzw. der einzelnen Kontaktträgerteile 61, 62, 63, 64 von einem Kragen 16 umgeben sind, wobei der Kragen 16 auf der der Mittelachse des Steckverbinders 1 zugewandten Seite eine Unterbrechung 17 aufweist. Darüber hinaus ist in den Nuten 11 im Bereich der den Adern 3 zugewandten hohlen Enden 15 der Kontaktelemente 5 eine Einschnürung 18 ausgebildet. Dadurch wird gewährleistet, dass die Kontaktelemente 5 nach dem Einschwenken bzw. Eindrücken in die Nuten 11 nicht ungewollt wieder aus den Nuten 11 herausschwenken bzw. herausfallen können.
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Aus der Explosionsdarstellung des elektrischen Steckverbinders 1 gemäß 3 ist ersichtlich, dass der Steckverbinder 1 zusätzlich noch eine zylinderförmige Hülse 19 mit einem innerhalb der Hülse 19 ausgebildeten kreuzförmigen Schirmungselement 20 und eine Schirmungshülse 21 aufweist. Die zylinderförmige Hülse 19 mit dem darin angeordneten, einstückig mit der Hülse 19 verbundenen kreuzförmigen Schirmungselement 20 dient zur Aufnahme der einzelnen Kontaktträgerteile 61, 62, 63, 64 mit den darin angeordneten Kontaktelementen 5. Durch das kreuzförmige Schirmungselement 20 werden somit die einzelnen Kontaktträgerteile 61, 62, 63, 64 und damit die in den Kontaktträgerteilen 61, 62, 63, 64 angeordneten Kontaktelemente 5 voneinander getrennt, so dass ein Übersprechen zwischen einem, einem Kontaktträgerteil 61 zugeordneten geschirmten Adernpaar und einem anderen, einem zweiten Kontaktträgerteil 62 zugeordneten geschirmten Adernpaar weitestgehend unterbunden wird.
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Durch die Anordnung der weiteren Schirmungshülse 21 auf der dem Gegensteckverbinder 2 abgewandten Seite des elektrischen Steckverbinders 1, die in dem durch Umspritzen hergestellten Griffkörper 4 angeordnet ist, sind die einzelnen Adern 3 bzw. die einzelnen Adernpaare zusätzlich abgeschirmt. Aus 2 ist dabei erkennbar, dass das kreuzförmige Schirmungselement 20 und die Schirmungshülse 21 so angeordnet und ausgebildet sind, dass sie sich in Längsrichtung des Steckverbinders 1 überlappen. In der Schnittdarstellung sind außerdem auch noch ein Dichtring und ein Federring erkennbar, die bei der Explosionsdarstellung gemäß 3 weggelassen sind, da sie für die Erfindung nicht wesentlich sind.
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Aus der Darstellung des Gegensteckverbinders 2 in den 10 bis 12 ist ersichtlich, dass zu dem Gegensteckverbinder 2 neben der Außenhülse 9 mit dem zum Außengewinde 8 der Überwurfschraube 7 korrespondierenden Innengewinde 10 insbesondere noch ein insgesamt acht Gegenkontaktelemente 22 aufnehmender und haltender Gegenkontaktträger 23 gehören.
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Aus den 11 bis 13 ist dabei ersichtlich, dass die Gegenkontaktelemente 22 einen mittleren Bereich 24 aufweisen, in dem der Außendurchmesser – im Vergleich zum Außendurchmesser der übrigen Bereiche der Gegenkontaktelemente 22 – verringert ist. Die Verringerung des Außendurchmessers der Kontaktelemente 22 im mittleren Bereich 24 dient zur Anpassung der differenziellen Längsimpedanz der Gegenkontaktelemente 22, wodurch ein Impedanzsprung in Längsrichtung der elektrischen Steckverbindung vermieden werden soll. Da die differenzielle Längsimpedanz der einzelnen Gegenkontaktelemente 22 unter anderem von deren Außendurchmesser sowie vom Mittenabstand der Gegenkontaktelemente 22 zueinander abhängt, kann durch die Reduzierung des Außendurchmessers im mittleren Bereich 24 der Gegenkontaktelemente 22 eine Impedanzanpassung erreicht werden, ohne dass die Anordnung der einzelnen Gegenkontaktelemente 22 verändert werden muss.
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Insbesondere aus den 12 und 13 ist erkennbar, dass das den Kontaktelementen 5 des elektrischen Steckverbinders 1 zugewandte Ende 25 der Gegenkontaktelemente 22 hohl ausgebildet ist, so dass die stiftförmigen Enden 14 der Kontaktelemente 5 in die hohlen Enden 25 der Gegenkontaktelemente 22 eingesteckt werden können. Die den Kontaktelementen 5 abgewandten Enden 26 der Gegenkontaktelemente 22 sind dagegen stiftförmig ausgebildet, so dass der Gegensteckverbinder 2 beispielsweise mit einer Leiterplatte verbunden werden kann.
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Wie insbesondere aus den 10 und 12 erkennbar ist, besteht auch der Gegenkontaktträger 23 des Gegensteckverbinders 2 aus vier Gegenkontaktträgerteilen 71, 72, 73, 74, die jeweils eine viertelkreisförmige Grundfläche aufweisen. Korrespondierend zu den Kontaktträgerteilen 61, 62, 63, 64 weisen die Gegenkontaktträgerteile 71, 72, 73, 74 jeweils zwei sich in Längsrichtung der Gegenkontaktträgerteile 71, 72, 73, 74 erstreckende Bohrungen 27 zur Aufnahme der Gegenkontaktelemente 22 auf. Im Unterschied zu den Kontaktträgerteilen 61, 62, 63, 64 sind die vier Gegenkontaktträgerteile 71, 72, 73, 74 jedoch über einen einstückig mit diesen verbundenen Ring 28 miteinander verbunden.
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Ebenso wie der elektrische Steckverbinder 1 weist auch der Gegensteckverbinder 2 ein kreuzförmiges Schirmungselement 29 auf, durch das die einzelnen Gegenkontaktträgerteile 71, 72, 73, 74 und damit die darin angeordneten Gegenkontaktelemente 22 gegeneinander abgeschirmt werden. Anstelle einer Hülse 19 weist das kreuzförmige Schirmungselement 29 des Gegensteckverbinders 2 auf der dem Steckverbinder 1 abgewandten Seite einen ringförmigen Abschnitt 30 auf, der im montierten Zustand an der Stirnseite der Außenhülse 9 anliegt. An dem ringförmigen Abschnitt 30 sind vier Stifte 31 angeordnet, mittels derer der Gegensteckverbinder 2 auf einer Leiterplatte montiert werden kann.
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Aus den Schnittdarstellungen gemäß den 2, 9 und 11 ist ersichtlich, dass die einzelnen Arme des kreuzförmigen Schirmungselements 20 des Steckverbinders 1 auf der dem Gegensteckverbinder 2 zugewandten Seite jeweils eine sich in Längsrichtung des Steckverbinders 1 erstreckende Verlängerung 32 und die einzelnen Arme des kreuzförmigen Schirmungselements 29 des Gegensteckverbinders 2 auf der dem Steckverbinder 1 zugewandten Seite jeweils eine sich in Längsrichtung des Gegensteckverbinders 2 erstreckende korrespondierende Gegenverlängerung 33 aufweisen. Die Verlängerungen 32 und die Gegenverlängerungen 33 sind dabei so angeordnet und ausgebildet, dass sie sich in axialer Richtung, d.h. in Längsrichtung der Steckverbindung, überlappen, wenn der Steckverbinder 1 und der Gegensteckverbinder 2 miteinander verbunden sind (9).
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Um eine richtige Zuordnung der einzelnen Kontaktelemente 5 zu den einzelnen Gegenkontaktelementen 22 zu gewährleisten, ist zwischen dem Steckverbinder 1 und dem Gegensteckverbinder 2 eine Kodierung ausgebildet, so dass der Steckverbinder 1 und der Gegensteckverbinder 2 nur in einer bestimmten Orientierung zueinander miteinander verschraubt werden können. Die Kodierung besteht dabei aus einer am Kreuzungsbereich des kreuzförmigen Schirmungselements 20 ausgebildeten Kodiernase 34 und einer an einem Gegenkontaktträgerteil 72 eingebrachten korrespondierenden Kodierausnehmung 35.
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Die Figuren zeigen eine besonders bevorzugte Ausgestaltung einer elektrischen Steckverbindung, bestehend aus einem elektrischen Steckverbinder 1 und einem Gegensteckverbinder 2, wobei der elektrische Steckverbinder 1 insbesondere dafür vorgesehen und geeignet ist, vier geschirmte Adernpaare über die in vier Kontaktträgerteilen 61, 62, 63, 64 angeordneten acht Kontaktelemente 5 mit den im Gegenkontaktträger 23 angeordneten acht Gegenkontaktelementen 22 des Gegensteckverbinders 2 lösbar zu verbinden. Durch die robuste und kompakte Ausbildung des Steckverbinders 1 und des Gegensteckverbinders 2 sowie durch die Anordnung und Ausbildung der kreuzförmigen Schirmungselemente 20 und 29, welche vorzugsweise aus Metall bestehen, wird eine Steckverbindung zur Verfügung gestellt, die für Ethernet-Anwendungen im rauen industriellen Umfeld besonders gut geeignet ist. Mit der beschriebenen und dargestellten Steckverbindung werden insbesondere die Anforderungen gemäß Cat6a erreicht, so dass die Steckverbindung auch für 10 Gigabit-Ethernet und andere Netzwerk-Protokolle geeignet ist.