DE102012022004B3

DE102012022004B3 - Isolierkörper mit Schirmkreuz

Info

Publication number: DE102012022004B3
Application number: DE102012022004.9A
Authority: DE
Inventors: Stephan Schreier; Melanie Genau; Dirk-Peter Post
Original assignee: Harting Electronics GmbH and Co KG
Current assignee: Harting Electronics GmbH and Co KG
Priority date: 2012-11-12
Filing date: 2012-11-12
Publication date: 2014-02-06
Anticipated expiration: 2032-11-13
Also published as: KR101764988B1; WO2014071921A1; US20150311641A1; EP2917978A1; JP2016504710A; CN104781998A; US9543709B2; CN104781998B; JP6138265B2; KR20150087284A

Abstract

Die Erfindung offenbart einen Isolierkörper (1), der in eine dafür vorgesehene Kammer eines Steckverbindergehäuses einführbar ist, wobei der Isolierkörper (1) zumindest eine Ausnehmung (11) für zumindest ein Kontaktelement (13) umfasst, welches mit dem Leiter des anzuschließenden Kabels oder mit einer Leiterbahn der Leiterplatte verbindbar ist, und wobei der Isolierkörper (1) ein Schirmelement (20) aufweist, wodurch das Kontaktelement (13) elektromagnetisch abgeschirmt ist, wobei der Isolierkörper (1) aus zumindest einer ersten Komponente (2) und einer zweiten Komponente (10) gebildet ist, wobei die erste Komponente (2) eine Dotierung enthält, so dass die Oberfläche (3, 5) der ersten Komponente (2) in einem stromlosen chemischen Verfahren mit einem leitenden Überzug versehbar ist, wobei das Schirmelement (20) aus einem leitenden Überzug (6) der ersten Komponente (2) gebildet ist.

Description

Die Erfindung geht aus von einem Isolierkörper nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Isolierkörper werden in dafür vorgesehene Kammern eines Steckverbindergehäuses eingesetzt. In der Regel umfassen die Isolierkörper Aufnahmen für Kontaktelemente, an welche die Leiter eines an den Steckverbinder anzuschließenden Kabels angeschlossen werden. Alternativ können die Kontaktelemente auch auf eine Leiterplatte aufgesteckt und verlötet werden.
In der Datenübertragungstechnik werden Isolierkörper mit so genannten Schirmbereichen eingesetzt. Die Schirmbereiche dienen dazu, zumindest zwei Leiter des anzuschließenden Kabels – und/oder die dazugehörigen Kontaktelemente – elektromagnetisch gegeneinander abzuschirmen.
Derartige Isolierkörper werden benötigt um mehrpolige Steckverbinder für analoge oder digitale Datenübertragung zu schaffen, die in geschirmten Ausführungen bei Frequenzen bis 600 MHz oder sogar höher einsetzbar sind.
Die DE 43 41 104 C1 zeigt einen mehrpoligen Leiterplattensteckverbinder. Um den Steckverbinder gegenüber der Außenwelt elektromagnetisch abzuschirmen, wird vorgeschlagen, den Isolierkörper des Steckverbinders mit einer Metallisierung zu versehen. Um den Steckverbinder bei höheren Datenübertragungsraten einsetzen zu können, wird weiterhin vorgeschlagen, die Kontaktelemente am Isolierkörper mit metallisierten Kappen abzudecken.
Ein derartiger Steckverbinder besteht aus sehr vielen Einzelteilen und ist demnach aufwendig zu montieren.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Steckverbinder vorzuschlagen, der einfach montierbar und gleichzeitig vielseitig einsetzbar ist.
Die Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
In den erfindungsgemäßen Isolierkörper können Kontaktelemente montiert werden, die später das so genannte Steckgesicht des Steckverbinders bilden. An die jeweiligen Kontaktelemente werden die einzelnen Leiter des an den Steckverbinder anzuschließenden Kabels angeschlossen. Dies kann beispielsweise über eine Crimpverbindung geschehen. Aber jede andere Kontaktierung ist ebenfalls denkbar. Wird der erfindungsgemäße Isolierkörper als fertiger Steckverbinder auf einer Leiterplatte verbaut, werden die einzelnen Kontaktelemente in der Regel auf dieser festgelötet. Auch andere Kontaktierungsmethoden, beispielsweise Press-in-Pin, sind denkbar.
Im Folgenden wird mehrfach das Anschließen der Kontaktelemente des Isolierkörpers mit den einzelnen Leitern eines Kabels erwähnt. Darauf ist der erfindungsgemäße Isolierkörper jedoch nicht beschränkt. Eine Kontaktierung der Kontaktelemente auf eine Leiterplatte kann gleichwertig ebenso vorgesehen sein.
Der Isolierkörper wird in eine dafür vorgesehene Kammer eines Steckverbindergehäuses eingebracht. Am Steckverbindergehäuse ist in der Regel ein Kabelabgang vorgesehen. Durch die Öffnung des Kabelabgangs ragt das anzuschließende Kabel ins Innere des Steckverbindergehäuses hinein.
Innerhalb des Isolierkörpers werden einzelne Kontaktelemente oder Kontaktelementepaare durch ein Schirmelement voneinander elektromagnetisch abgeschirmt. In der Regel werden jeweils zwei Kontaktelemente als Paar gegenüber den anderen Zweierpaaren abgeschirmt.
In der Regel weist der Isolierkörpers einen Hohlraum auf, in welchen ein metallisches so genanntes Schirmkreuz eingeschoben wird. Die Oberfläche des Schirmkreuzes ist dann in Kontakt mit der Oberfläche des Hohlraums. Dieses metallische Schirmkreuz bewirkt die oben beschriebene elektromagnetische Abschirmung zumindest zweier Kontaktelemente gegeneinander.
Die bislang bekannten Isolierkörper sind in der Regel von einem metallischen Kontaktring umgeben, der in leitendem Kontakt mit dem metallischen Schirmkreuz steht. Der Kontaktring wiederum steht in leitendem (Berühr)Kontakt mit der Innenwand der Kammer des Steckverbindergehäuses.
Der Isolierkörper besteht in der Regel aus nichtleitendem Material (Kunststoff). In der Regel wird ein Isolierkörper in einem Spritzgussverfahren hergestellt. Dabei wird Kunststoffmaterial in eine Spritzgussform (auch Werkzeug genannt) eingespritzt. Die Spritzgussform bestimmt dabei die Form und die Oberflächenstruktur des Isolierkörpers. Der erfindungsgemäße Isolierkörper wird in einem so genannten „zwei Komponenten Spritzgussverfahren” hergestellt.
Der Isolierkörper besteht aus zumindest zwei unterschiedlichen Komponenten, einer ersten und einer zweiten Komponente.
Zumindest eine dieser Komponenten, in der Regel die erste Komponente, ist mit einer Dotierung versehen. Die Dotierung dient idealerweise auch als Katalysator für die Metallisierung der Oberfläche.
In einer vorteilhaften Ausführungsform handelt es sich bei der Dotierung um Palladiumkeime, die in den Kunststoff eingemischt sind.
Bei dem fertigen, in obigen Spritzgussverfahren hergestellten Isolierkörper wird zumindest ein Teil der Oberfläche der ersten Komponente, die auch als Schirmbereich bezeichnet wird, in einem stromlosen, chemischen Verfahren mit einem leitenden Überzug versehen. Dabei haftet an der Dotierung ein metallischer Stoff, vorzugsweise Kuper oder eine Kupferlegierung. Auf die Kupferoberfläche können in weiteren Arbeitsschritten, beispielsweise in einem galvanischen Verfahren, andere Metallverbindungen aufgebracht werden. Dieser leitende Überzug bildet das Schirmelement des erfindungsgemäßen Isolierkörpers.
Beim oben erwähnten chemischen Verfahren handelt es sich explizit nicht um ein galvanisches Verfahren, welches in einem elektrolytischen Bad durchgeführt wird. Vielmehr haften hier an der Dotierung stromlos Metallpartikel an, die zu einer metallischen Schicht auf der Oberfläche wachsen. Das Verfahren wird in einem chemischen Bad unter Abwesenheit von Elektroden durchgeführt. Es handelt sich demnach um ein so genanntes stromloses chemisches Verfahren. Auf den ersten metallischen Überzug können dann in einem galvanischen Verfahren weitere metallische Überzüge aufgebracht werden. Galvanische Verfahren werden in elektrolytischen Bädern durchgeführt und sind demnach nicht als stromlos anzusehen.
Die Menge der Dotierung der ersten Komponente kann hier so gering sein, dass sie für einen galvanischen Prozess nicht geeignet ist. Eine geringe Dotierungsmenge hat aber den Vorteil, dass ein derartiges Verfahren kostengünstiger ist, da das Dotierungsmittel hochpreisig ist.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform wird die erste (dotierte) Komponente in einem stromlosen, chemischen (nicht galvanischen) Verfahren mit einem ersten leitenden Überzug versehen. Dieser erste leitende Überzug wird dann in einem galvanischen Verfahren zumindest mit einem zweiten leitenden Überzug überzogen. Es können noch weitere galvanische Beschichtungsverfahren folgen und dritte und vierte leitende Überzüge gebildet werden. Die übereinanderliegenden, leitenden Überzüge bilden dann in Summe den leitenden Überzug aus, der anschließend das Schirmelement bildet.
In einer vorteilhaften Ausführungsform weist der Isolierkörper nach außen abstehende Federbeine auf, die von der ersten Komponente (mit Dotierung) ausgebildet werden. Im chemischen Verfahren werden diese Federbeine vorzugsweise auch mit einem leitenden Überzug versehen. Eine Weiterbeschichtung im galvanischen Bad ist hier ebenfalls vorteilhaft. Die leitend überzogenen Federbeine stehen in leitenden Kontakt mit dem Schirmelement. Beim Einführen des Isolierkörpers in die Kammer des Steckverbindergehäuses, stehen diese Federbeine auch in leitendem Kontakt mit dem Gehäuse des Steckverbinders und erfüllen dieselbe Aufgabe wie der oben erwähnte metallische Kontaktring bei den bislang bekannten Isolierkörpern.
Ein erfindungsgemäßer Isolierkörper ist inklusive des Schirmelements (leitender Überzug) als einstückiges Bauteil ausgeführt. Die Kontaktelemente können direkt montiert werden. Ein zusätzlicher Montageschritt für das Schirmelement oder den metallischen Kontaktring entfällt.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung durchsetzt der Hohlraum den Isolierkörper in axialer Richtung kreuzförmig. Dadurch wird auch ein kreuzförmiger Metallüberzug im Isolierkörper erreicht. Dies ist besonders für einen achtpoligen Steckverbinder vorteilhaft. Es können jeweils Zweierpaare von Kontaktelementen gegeneinander abgeschirmt werden.
Bei zwölfpoligen Steckverbindern ist es vorteilhaft die axiale Durchsetzung des Hohlraums durch den Isolierkörper sternförmig zu gestalten. Bei einer symmetrischen Aufteilung der einzelnen Sternarme werden jeweils wieder Zweierpaare von Kontaktelementen gegeneinander abgeschirmt.
Es kann auch vorteilhaft sein, mehrere Hohlräume im Isolierkörper vorzusehen, die parallel zueinander ausgerichtet sind. Dadurch entstehen parallel zueinander ausgerichtete Schirmelemente. Dies ist besonders bei quaderförmigen Isolierkörpern vorteilhaft.
In Abhängigkeit von der Anzahl der Kontaktelemente und der technisch geforderten Abschirmung, kann die Form des erfindungsgemäßen Schirmelements variabel ausgeführt werden. Jede Form und Durchsetzung im Isolierkörper ist technisch realisierbar.
Im Folgenden wird das Herstellungsverfahren des erfindungsgemäßen Isolierkörpers beschrieben:
Wie bereits oben erwähnt, wird der Isolierkörper in einem Zwei-Komponenten-Spritzgussverfahren, aus zumindest einer ersten und einer zweiten Komponente, hergestellt. Zumindest eine dieser Komponenten ist mit einer Dotierung versehen. Vorteilhafterweise handelt es sich bei der Dotierung um Palladiumkeime. Zusammen mit einer anschließenden metallischen Beschichtung ist dieses Verfahren auch als so genanntes MID-Verfahren bekannt.
In einem ersten Arbeitsschritt wird die erste Komponente in die Spritzgussform eingespritzt. In der Regel ist die erste Komponente mit der oben erwähnten Palladium-Dotierung versehen. In diesem Fall bildet die erste Komponente den Oberflächenbereich aus, der später das Schirmelement bilden soll.
In einem zweiten Arbeitsschritt wird die zweite Komponente in die Spritzgussform eingeschossen und umschließt teilweise die erste Komponente, so dass die endgültige Form des Isolierkörpers gebildet ist. Der Oberflächenbereich für das Schirmelement ist bereits im ersten Arbeitsschritt in der ersten Komponente eingeformt und wird beim zweiten Arbeitsschritt nicht von der zweiten Komponente überdeckt.
Der ausgeformte Isolierkörper wird jetzt in in einem chemischen Verfahren mit einem leitenden Überzug versehen. Durch einen nicht näher beschriebenen chemischen Prozess wird auf der noch freien Oberfläche der dotierten Komponente Kupfer abgeschieden. Auf dieser Kupferschicht können in weiteren Schritten, beispielsweise in galvanischen Bädern, nun weitere verschiedene Metalllagen aufgebracht werden. Die fertige Beschichtung bildet das Schirmelement.
Erfindungsgemäß können auch Isolierkörper mit lediglich einer Aufnahme für ein einzelnes Kontaktelement vorgesehen sein. Der Schirmbereich würde dann idealerweise die Aufnahme für das Kontaktelement umhüllen. Durch ein metallisches Gehäuse kann so ein doppelt geschirmter, einpoliger Steckverbinder hergestellt werden.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im Folgenden näher erläutert. Es zeigen:
1 eine perspektivische Darstellung eines Isolierkörpers,
2 eine weitere perspektivische Darstellung eines Isolierkörpers,
3 eine perspektivische Darstellung einer dotierten Komponente des Isolierkörpers,
4 eine perspektivische Darstellung einer weiteren Ausführungsform eines Isolierkörpers
Die 1 zeigt eine perspektivische Darstellung einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Isolierkörpers 1.
Der Isolierkörper 1 besteht aus einer ersten Komponente 2 und einer zweiten Komponente 10. Die erste Komponente ist mit einer Palladiumdotierung versehen und wird zunächst in einem chemischen Verfahren mit einer ersten metallischen Schicht und anschließend in galvanischen Bädern mit weiteren metallischen Überzügen versehen, die in Summe einen leitenden Überzug 6 bilden, der das Schirmelement 20 ausbildet.
Der Isolierkörper 1 hat eine im Wesentlichen zylinderförmige Gestalt. Auf der Stirnseite sind Ausnehmungen 11 vorgesehen, welche zur Montage von Kontaktelementen (hier nicht gezeigt) geeignet sind. Der Isolierkörper 1 ist von einem kreuzförmigen Hohlraum 3 durchzogen. Weiterhin ist ein so genannter Schirmkontakt 7 vorgesehen, der den Kontakt zur Schirmübergabe leistet und beispielsweise für die Erdung des Steckverbinders vorgesehen ist. Der Schirmkontakt 7 wird dazu entweder an den Erdleiter des anzuschließenden Kabels oder an die Erdleitung der Leiterplatte angeschlossen.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besteht der Schirmkontakt 7 aus einem Teil der ersten Materialkomponente 2 und dem sich darauf befindenden leitenden Überzug 6. Alternativ kann der Schirmkontakt 7 auch aus einem separaten, metallischen Kontaktelement gebildet sein.
Aus der Mantelfläche des Isolierkörpers 1 ragen Federarme 14 hervor, die beim Einführen in eine Kammer eines Steckverbindergehäuses, mit selbiger in Berührkontakt stehen. Bei einem metallischen Gehäuse stehen sie Federbeine 14 in leitenden Kontakt mit dem Gehäuse. Die erste Komponente 2 bildet die in leitenden Kontakt zueinander stehenden Elemente aus. Insgesamt stehen das Schirmelement 20, die Federbeine 14 und der Schirmkontakt in leitendem Kontakt.
Die erste Komponente 2 des Isolierkörpers 1 hat im Wesentlichen die Form eines in den Raum extrudierten Kreuzes. Zwei Flügel 4 der ersten Komponente 2 bilden die oben erwähnten Federbeine 14 aus. An einen dazu senkrecht angeordneten Flügel 4 ist der Schirmkontakt 7 angeformt.
Um die erste Komponente 2 wird eine zweite Komponente 10 gespritzt. Die Oberfläche der ersten Komponente 2, die nicht vom Material der zweiten Komponente 10 überdeckt wird, kann anschließend in einem galvanischen Bad mit einem leitenden Überzug 6 versehen werden.
Die 4 zeigt eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Isolierkörpers 1'. Der Isolierkörper 1' hat eine im Wesentlichen quaderförmige Form. Gleiche Elemente sind mit denselben Bezugszeichen versehen.
Der Isolierkörper 1' ist von drei zueinander parallelen Hohlräumen 3 durchzogen. Die Oberfläche der Hohlräume 3 wird vom Material der ersten, dotierten Kunststoffkomponente gebildet. In einem galvanischen Bad wird die Oberfläche des Hohlraums 3 mit einem leitenden Überzug 6 versehen.
Die drei zueinander parallelen Schirmflächen 6 sind leitend verbunden und stehen ebenfalls in leitenden Kontakt mit einem Schirmkontaktelement (hier nicht gezeigt). Auch bei dieser Ausführungsform können Federelemente (hier nicht gezeigt) vorgesehen sein, die in leitenden Kontakt mit dem Steckverbindergehäuse stehen.
Alle Merkmale der in dieser Schrift offenbarten, verschiedenen Ausführungsformen können im Rahmen der Patentansprüche beliebig miteinander kombiniert werden, ohne den zu Grunde liegenden Erfindungsgedanken zu verlassen.
Bezugszeichenliste

1: Isolierkörper
2: Erste Komponente
3: Hohlraum
4: Flügel
6: leitender Überzug
7: Schirmkontaktelement
10: Zweite Komponente
12: Zweierpaar
14: Federarm
20: Schirmelement

Claims

Isolierkörper (1), der in eine dafür vorgesehene Kammer eines Steckverbindergehäuses einführbar ist, • wobei der Isolierkörper (1) zumindest eine Ausnehmung (11) für zumindest ein Kontaktelement (13) umfasst, welches mit einem Leiter eines anzuschließenden Kabels oder mit einer Leiterbahn einer Leiterplatte verbindbar ist, und • wobei der Isolierkörper (1) ein Schirmelement (20) aufweist, wodurch das Kontaktelement (13) elektromagnetisch abgeschirmt wird, dadurch gekennzeichnet, • dass der Isolierkörper (1) aus zumindest einer ersten Komponente (2) und einer zweiten Komponente (10) gebildet ist, • dass die erste Komponente (2) von der zweiten Komponente (10) teilweise umschlossen ist, wobei ein Teil der Oberfläche der ersten Komponente (2) frei bleibt • und dass die erste Komponente (2) eine Dotierung enthält, durch welche die Oberfläche (3, 5) der ersten Komponente (2) in einem stromlosen chemischen Verfahren mit einem leitenden Überzug versehbar ist, • und dass das Schirmelement (20) aus einem leitenden Überzug (6) der noch freien Oberfläche der ersten Komponente (2) gebildet ist.
Isolierkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der aus der ersten und der zweiten Komponente (2, 10) gebildete Isolierkörper (1) inklusive des leitenden Überzugs (6) als einstückiges Bauteil ausgeführt ist.
Isolierkörper nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass • die Oberfläche (3, 5) der ersten Komponente (2) mittels des stromlosen, chemischen Verfahrens zumindest mit einem ersten metallischen Schicht versehen ist, • und mittels eines galvanischen Verfahrens mit einem weiteren metallischen Schicht versehen ist, • wobei die metallischen Schichten zusammen den leitenden Überzug (6) ausbilden.
Isolierkörper nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass • zunächst in dem stromlosen, chemischen Verfahrens zunächst Kupfer oder eine Kupferlegierung aufgebracht ist, • in einem weiteren stromlosen, chemischen Verfahrens Nickel oder eine Nickellegierung aufgebracht ist • und mittels eines galvanischen Verfahrens eine Goldschicht oder Goldlegierungsschicht aufgebracht ist, • wobei die einzelnen Schichten zusammen das Schirmelement (20) ausbilden.
Isolierkörper nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schirmelement (20) den Isolierkörper (1) in axialer Richtung kreuzförmig durchsetzt.
Isolierkörper nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schirmelement (20) den Isolierkörper (1) in axialer Richtung sternenförmig durchsetzt.
Isolierkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mit einem Füllstoff dotierte erste Komponente (2) Palladiumkeime umfasst.
Isolierkörper nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der leitende Überzug (6) aus Kupfer oder einer Kupferlegierung besteht.
Isolierkörper nach einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der zumindest zwei unterschiedlichen Komponenten (2, 10) aus einem Kunststoff gebildet ist.
Isolierkörper nach einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass ein Schirmkontaktelement (7) am Schirmelement (20) angeformt ist.