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Ein wichtiger Trend in der Steckverbinder- bzw.
Kabelanschlußtechnik
besteht darin, den dauerhaften elektrischen Anschluß zwischen
isolierten elektrischen Leitern und den entsprechenden Kontaktelementen
von Steckverbindern , -vorrichtungen, Gerätedosen, Sensor-Aktor-Modulen,
Leiterplatten-Modulen u.s.w. möglichst
rationell, d.h. mit einem Minimum an zeitlichem und finanziellem
Aufwand herzustellen. Eine wichtige Anforderung hierbei ist es,
diesen Anschluß-Vorgang
ohne den Einsatz von Hilfswerkzeugen manuell möglichst fehlerlos durchzuführen. In
diesem Zusammenhang wurden Begriffe wie z.B. „Schnellkontaktierung" bzw. „Schnellanschlußtechnik" geprägt. Die
wesentlichen Kontakttechnologien sind die Schneidklemmtechnik, die
Eindringtechnik, die Spannzangentechnik und die Federkontakttechnik.
Ein weiterer sehr wichtiger Trend, der sich eher aus der allgemeinen
technischen Entwicklung ableitet, ist es, Steckverbinder und sonstige Kabelanschluß-Vorrichtungen – in der
Regel bei mindestens gleichbleibenden Leistungsmerkmalen – zu miniaturisieren.
In diesem Zusammenhang ist eine der wichtigsten lötfreien
elektrischen Verbindungen die Schneidklemmverbindung.
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Es sind schon Stecker oder Buchsen
einer Steckverbindung für
die Schnellanschlußtechnik
bekannt geworden, die aus mehreren Baugruppen bestehen. Diese umfassen
zumindest ein aus Metall bestehendes oder ein metallisierbares Gehäuse, um am
Ende des Kabels eine Abschirmwirkung zu erzielen. Dabei ist eine
Abschirmung des Kabels mit dem Gehäuse verbindbar, während die
einzelnen Leitungsadern des insbesondere mehradrigen Kabels mit
einem Kontaktpartner des Steckers oder der Buchse mittels Schneidklemmkontaktierung
verbindbar sind. Eine solche bekannte Buchse bzw. ein solcher Stecker
weist jedoch verschiedene Nachteile auf. Zum einen ist es erforderlich,
daß Abschirmgeflecht
des Kabels, daß die
Abschirmung bildet, aufzuweiten, um einerseits die koaxial innerhalb
des Abschirmgeflechtes angeordneten mehreren Leitungsadern in einen
Halter zu verteilen, wobei innerhalb des Halters die Schneidklemmkontaktierung
mittels Schneidklemmen erfolgt. Zur Kontaktierung des Abschirmgeflechtes
mit dem Gehäuse
ist ein Konuselement vorhanden, über
welches flächig
das aufgeweitete Abschirmgeflecht angeordnet und beim Zusammensetzen
mit einem Gegenstück
des Konuselementes zusammengedrückt
werden muß.
Dadurch ist der Montageaufwand eines solchen Steckers oder einer
solchen Buchse nicht nur hoch, sondern auch fehleranfällig, da
das Abschirmgeflecht im Regelfall aus sehr dünnen Einzeldrähten besteht,
die oftmals, gerade bei unerfahrenen Anwendern bei der Konfektionierung,
angeschnitten werden, wenn der das Abschirmgeflecht umgebende Außenmantel
des Kabels zwecks Freilegung des Abschirmgeflechtes beseitigt werden
muß. Damit
ist die Gefahr gegeben, daß das Abschirmgeflecht
verletzt oder im schlimmsten gänzlich
beseitigt wird, so daß über das
Konuselement keine oder keine ausreichende elektrische Verbindung
zu dem Gehäuse
des Steckers oder der Buchse hergestellt wird und damit keine oder
keine ausreichende Abschirmung gegeben ist. Aber gerade eine wirksame
Abschirmung ist bei der Übertragung
von Signalen mit hohen Frequenzen oder hohen Datenraten unbedingt
erforderlich. Außerdem
wurden bislang in Produkten Polzahlen von maximal 4 Kontakten umgesetzt.
Als nicht realisierbar stellte sich bisher die Umsetzung derartiger
Steckbilder heraus, die mit einem mittleren Kontakt versehen sind,
da eine Norm den Teilkreis der äußeren Kontakte
mit einem relativ geringem Maß fest
vorgibt. Durch die grundsätzliche
Auslegung der bekannten Schneidklemmen wie auch der in entsprechenden
Isolierkörpern
untergebrachten Leitungskammern wird der Platz für einen mittleren Pol prinzipiell
verbaut und somit das Anwendungsspektrum dieser Steckverbinder eingeschränkt.
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Die bisher bekannten Schneidklemmen
bzw. die Schneidklemmflanken sind flächig ausgeführt. Um die erforderlichen
Kontaktkräfte
zu generieren, muß die
Schneidklemme daher in Federrichtung relativ breit und somit sperrig
gestaltet werden. Dieser Nachteil wird platzmäßig noch verstärkt, da
die Schneidklemmen funktionsbedingt senkrecht zu der Ebene stehen,
in der die Leitungsadern zwecks Kontaktierung seitlich umgelenkt
bzw. schräggestellt
werden müssen
(
EP 1 158 611 ). Ein
weiterer Nachteil von flächigen
Schneidklemmen besteht darin, daß diese in entsprechenden Kanälen geführt werden, die
in den Isolierstücken
untergebracht sind, die auch die Leitungskammern zum Umlenken der
Leitungsadern enthalten. Diese Kanäle fixieren die Schneidklemmen
in ihrer Position und stellen sicher, daß die Schneidklemmflanken beim
Durchdringen der Aderisolation nicht ihrerseits von der Ader zur
Seite gedrückt
werden. Infolge der geringen Auflageflächen, die derartige Schneidklemmen
in Federrichtung besitzen, entstehen hierdurch an der Seitenwänden dieser
Kunststoffkanäle
beträchtliche
Flächenpressungen,
was unter Umständen
zu deren Beschädigung
führen
kann. Besonders negativ wirkt sich dieser Effekt im Falle von gestanzten
Schneidklemmen aus, und zwar wegen deren rauhen, mit Stanzgraten versehenen
Seitenkanten.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe
zugrunde, eine abgeschirmte Buchse oder einen abgeschirmten Stecker
einer Steckverbindung für
die Schnellanschlußtechnik
mittels Schneidklemmkontaktierung bereitzustellen, bei der die elektrische
Verbindung zwischen der Abschirmung des Kabels und zumindest einem
Gehäuseteil
des Steckers oder der Buchse konstruktiv einfach gestaltet ist,
sicher herstellbar ist und ohne großen Aufwand montierbar ist.
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Diese Aufgabe ist durch die Merkmale
des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß ein separates
Kontaktierungselement vorgesehen ist, welches die elektrische Verbindung
zwischen dem Gehäuse
und der Abschirmung beim Zusammensetzen der mehreren Baugruppen
des Steckers oder der Buchse herstellt. Ein solches separates Kontaktierungselement
wird damit Bestandteil der mehreren Baugruppen und kann entweder über die
als Abschirmgeflecht ausgebildete Abschirmung des Kabels aufgesetzt
werden, nachdem das Abschirmgeflecht freigelegt worden ist. Das
so vorbereitete Ende des Kabels wird dann mit den übrigen Baugruppen zusammengesetzt,
um den Stecker oder die Buchse zu kontaktieren und fertig zu stellen.
Damit ist in einem Arbeitsgang, ohne daß das Abschirmgeflecht weiterbehandelt
werden mußte
(zum Beispiel entfällt das
Aufweien gegenüber
dem bekannten Stand der Technik), um die durchgehende Abschirmung
herzustellen. Oder aber das Kontaktierungselement wird in eine der
Baugruppen des Steckers oder der Buchse eingesetzt und anschließend das
Kabel mit dem freigelegten Abschirmgeflecht eingeführt, so
daß dadurch
automatisch die Kontaktierung zwischen dem Abschirmgeflecht des
Kabels und dem Gehäuse
des Steckers oder der Buchse zwecks Abschirmung erfolgt. In einer
besonders vorteilhaften Ausgestaltung ist das Kontaktierungselement
als Irisfeder ausgebildet, die es aufgrund ihrer Formgebung ermöglicht, koaxial
nach innen in Richtung des Abschirmgeflechtes und – je nach
Auslegung – axial
und/oder koaxial nach außen
in Richtung des Gehäuses
die elektrische Verbindung zwischen dem Abschirmgeflecht und dem
Gehäuse
herzustellen. Eine Irisfeder hat weiterhin den Vorteil, daß sie in
gewissen Grenzen zusammendrückbar
ist und damit einerseits Toleranzen ausgleicht und andererseits
aufgrund der Federwirkung die Kontaktkräfte über die Lebensdauer des Steckers
oder der Buchse aufrechterhalten werden.
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Neben Kabeln, die um die mehreren
Leitungsadern herum ein Abschirmgeflecht aufweisen, gibt es auch
Kabel mit Abschirmungen, bei denen zumindest eine Leitungsader als
Abschirmung bzw. Masseverbindung verwendet wird. Solche Kabel, die ggf.
zusätzlich
zu einer Leitungsader als Abschirmung auch noch ein Abschirmgeflecht
aufweisen, finden in der Netzwerktechnik bei bestimmten Bussystemen
Anwendung. Auch hierbei ist eine durchgehende Abschirmung vom Kabel über die
Steckverbindung (z. B. von einem Stecker zu einer Buchse oder von
einem Stecker oder einer Buchse zu einem Sensor, einem Aktuator,
einem Gerät
oder dergleichen) bei hohen Datenraten oder hohen Frequenzen unbedingt
erforderlich. Hierbei ist erfindungsgemäß sichergestellt, daß die Abschirmung
des Kabels zumindest eine von mehreren Leitungsadern ist und die elektrische
Verbindung zwischen einem Gehäuseteil des
Steckers oder der Buchse und einem Kontaktpartner über ein
Kontaktierungselement erfolgt. D.h., daß in üblicher Schneidklemmkontaktierung
die für die
Abschirmung herangezogene Leitungsader mit dem Kontaktpartner kontaktiert
wird und zusätzlich eine
Verbindung zwischen diesem Kontaktpartner und dem Gehäuse des
Steckers oder der Buchse zwecks Abschirmung hergestellt wird.
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Von ganz besonderem Vorteil ist ein
Stecker oder eine Buchse für
die Schnellanschlußtechnik
in Schneidklemmkontaktierung, wenn die einzelnen Kontaktpartner
symmetrisch angeordnet sind, da dies besonders vorteilhaft für die Übertragung
hoher Datenraten bzw. hoher Signalfrequenzen ist. Als Beispiel für eine solche
symmetrische Anordnung ist ein 5-poliger Stecker zu nennen, bei
dem ein mittlerer Kontaktpartner angeordnet ist und koaxial dazu
um diesen mittleren Kontaktpartner herum die weiteren Kontaktpartner
(bei denen es auch mehr als vier oder weniger als vier Kontaktpartner
sein können)
angeordnet sind. Zu diesem Zweck weisen gemäß Weiterbildungen der Erfindung,
die in den Unteransprüchen angegeben
sind, die Kontaktpartner besondere Formen und Anordnungen auf, aus
denen sich eine große
Kompaktheit des Steckeraufbaus (bzw. des Aufbaus der Buchse) ergibt.
Denn erst mit dieser Ausgestaltung und Anordnung der Schneidklemmen
der Kontaktpartner und die Anordnung der Schneidklemmen in dem zugehörigen Kontaktträger und
Litzenhalter wird die kompakte Bauweise und erst recht die Anordnung
eines mittleren Kontaktpartners ermöglicht.
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Ausführungsbeispiele erfindungsgemäßer Stecker,
auf die die Erfindung jedoch nicht beschränkt ist, und beispielsweise
auch für
Buchsen, Gerätedosen,
Sensor-Aktor-Modulen,
Leiterplatten-Modulen u.s.w. gelten, sind im folgenden beschrieben
und anhand der Figuren erläutert.
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Es zeigen
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1a, 1b, 1c Gesamt-, Schnitt- und Detailansichten
eines ersten Ausführungsbeispieles
eines Steckers,
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2 mehrere
Ansichten der Gestaltung eines Kontaktpartners,
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3 Ansicht
eines Kontaktträgers
zur Aufnahme der Kontaktpartner,
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4a, 4b verschiedene Ansichten
eines Litzenhalters zur Aufnahme der Enden der Leitungsadern und
der Schneidklemmen im Bereich, in dem die Schneidklemmkontaktierung
erfolgt,
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5 und 6 Ansichten von Kontaktierungselementen,
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7 Bestandteil
des Gehäuses
des Steckers,
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8 ein
Kontaktierungselement zur Herstellung einer elektrischen Verbindung
zwischen dem Gehäuse
des Steckers und mindestens einem, vorzugsweise dem mittleren Kontaktpartner.
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9 bis 11 Gesamt-, Schnitt- und
Detailansichten eines weiteren Ausführungsbeispieles eines Steckers.
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Das Ausführungsbeispiel betrifft einen
5-poligen, industrietauglichen (IP 67 nach IEC 60529) E-Serie- Stecker
einer Steckverbindung nach der IEC 61076-2-101 mit schnellkontaktierbaren Schneidklemmen
und axialem Kabelabgang in besonders kompakter Bauweise. Der Stecker
ist seitens des Anwenders ohne Hilfe von Werkzeugen konfektionierbar.
Es besteht nicht die Notwendigkeit, die Leitungsadern vor dem Eindringen
der Schneidklemmen abzuisolieren oder zu klemmen. Darüber hinaus
kann der Stecker optional in geschirmter Ausführung mit elektrisch durchkontaktierten
metallischen oder metallisierten Gehäuseteilen gebaut werden, wobei
der Kabelschirm – im
Sinne der Schnellkonfektionierung – besonders einfach und schnell
mit dem Gehäuse
elektrisch verbunden werden kann. Der Stecker einer solchen Steckverbindung
ist im Zusammenspiel mir der Buchse u.a. geeignet, Ethernet-Signale,
d.h. Datenraten bis 100 Mbit/s zu übertragen. Außerdem wird
beispielhaft am mittleren Pol eine Lösung hinsichtlich dessen Kontaktierung
mit dem metallischen Gehäuse
aufgezeigt.
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1a zeigt
die für
die Konfektionerung des Steckers erforderlichen Baugruppen – teilweise
auch in ihren Einzelteilen dargestellt – und Einzelteile in einer
Explosionsdarstellung:
Kontaktträger komplett: Kontakte 1 und
Kontaktträger 2 und
Anschlußelement 3 und
Kontaktierungselement 4 und Anschlußelement 6 und Dichtungselement 5 und
Kontaktierungselement 13;
Litzenhalter 7;
Gehäuse (Griffhülse) komplett:
Hülse 9 und
Kontaktierungselement 8; alternativ können die Hülse 9 und das Kontaktierungselement 8 auch
als Einzelteile vorgesehen werden; Zugentlastungselement komplett:
Dichtungselement 10 (zum Beispiel ein Schlauch- oder O-Ring)
und Zugenlastungselement 11;
Betätigungselement 12.
Das Betätigungselement 12 dient
dazu, das Zugentlastungselement 11 und das Dichtungselement 10 gegen
den Mantel des Kabels zu drücken
bzw. zu lösen,
und das in dieser 1a als
Lochschraube dargestellt wird. Das in 1b gezeigte
Kabel selber ist mehradrig und weist eine unter einem Kabelmantel 14 liegende
Abschirmung 15 (Abschirmgeflecht) auf, die mehrere Leiteradern 16 mit
einem Durch messer „D" umgibt, wobei die
Leiteradern 16 aus der Aderisolation 16.1 und
dem metallischen Leiter 16.2 (zum Beispiel einer Litze
oder einem Massivdraht) bestehen, wobei dieser beschriebene Kabelaufbau
allerdings nicht zwingend ist.
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Die Baugruppen und deren Bestandteile bzw.
deren konstruktive Ausgestaltung sind im folgenden, ggf. unter Bezugnahme
auf andere Figuren, beschrieben:
Der in 1a dargestellte Stecker umfaßt:
Ein
elektrisches Kontaktelement 1 (siehe hierzu auch 2), das in Anschlußrichtung
des Steckers als Kontaktstift 1.1 ausgebildet ist, jedoch
je nach Anwendungsfall auch als Kontaktbuchse, Hybridkontakt, Leiterplattenkontakt,
Lötkontakt
oder dergleichen ausgelegt werden kann. Zwecks Befestigung in einem
isolierenden Träger
ist das Kontaktelement 1 mit Ausprägungen 1.2 versehen,
die bei Bedarf hinsichtlich Verdrehschutz auch eine Struktur in
Längsrichtung
aufweisen können
(z.B. Rändel).
Als Montagehilfe (Anschlag) sowie zum Auffangen der Schneidklemm-Eindringkräfte dient
die Fläche 1.3.
In Richtung der Leitungsadern ist das Kontaktelement 1 als
Schneidklemme gestaltet mit den Schneidklemmflanken 1.4,
dem dazischenliegenden Schneidklemmschlitz 1.5 mit der
Breite „s" und den Einführschrägen 1.6,
die in Bezug auf die Leitungsader einerseits eine zentrierende Wirkung
haben und andererseits eine Veringerung der Eindringkraft bewirken. Die
hier dargestellten Schneidklemmflanken 1.4 haben im Querschnitt
die Form von Ringsegmenten, mit der Besonderheit, daß das Maß „u" gleich oder nur geringfügig kleiner
als der Durchmesser der zu kontaktierenden Leitungsader „D" ist. Im anderen
Extremfall kann diese Schneidklemme auch so gestaltet werden, daß „u = s" ist, wodurch eine
doppelte Schneidklemme realisiert ist. Weiterhin sind Ringsegmente
nur eine besondere Ausführung
des allgemeinen Falls, wonach die Querschnitte der Schneidklemmflanken 1.4 eine
gekrümmte
Form aufweisen, so zum Beispiel elliptisch. Ebenfalls denkbar sind hierfür auch polygonförmige Querschnitte,
wobei für die
jeweiligen Flanken in diesem Fall vor allem eine L-Form (für eine einfache
Schneidklemme) oder eine C- oder U-Form (für eine doppelte Schneidklemme) interessant
wäre. Schneidklemmen
mit derartig gekrümmten
oder polygonförmigen
Flankenquerschnitten haben hinsichtlich einer kompakten Bauweise den
großen
Vorteil, daß sie
bei gleicher Federsteifigkeit wesentlich geringere Abmessungen in
Federrichtung aufweisen als Schneidklemmen mit ebenen Flanken. Ebenfalls
denkbar sind auch Kombinationen von gekrümmten und polygonförmigen Abschnitten
(z.B. eine „Langlochform") und weiterhin natürlich auch
Schneidklemmen mit ebenen Flanken, die in axialer Richtung des Steckers
ausgerichtet sind. Eine weitere interessante Auslegung hinsichtlich
aller diesen Bauvarianten entsteht, wenn die Schlitzbreite „s" über die Schlitzlänge nicht
konstant, sondern variabel, insbesondere V-förmig, so ausführt ist,
daß der Schlitz
am Schlitzgrund geringfügig
schmaler ist als an der Einführschräge 1.6: „SP < SQ".
Diese Gestaltung ist vor allem bei solchen Kontaktierungen bedeutsam,
wo die Leitungsader in einem spitzen Winkel zum Schneidklemm-Schlitz
steht (wie bei dem gezeigten Stecker), da in diesem Fall eine entsprechend
größere Kontaktierungslänge entsteht
als bei quer gestellten Leitungsadern. Da es hinsichtlich der Kontaktqualität zwischen
dem Durchmesser der Leitungsader und der Schlitzbreite der Schneidklemme einen
festen Zusammenhang gibt, würde
solch ein V-Schlitz bewirken, daß in Richtung Schlitzgrund (Punkt
P) eher dünnere
Leitungsadern, an der Spitze hingegen eher dickere Leitungsadern
optimal kontaktiert würden,
wodurch die Anwendungsbreite derartiger Schneidklemmen entsprechend
erweitert werden kann. Darüber
hinaus ist es vor allem bei gestanzten Schneidklemmen denkbar, ebenfalls
zwecks Verbesserung der Kontaktqualität und/oder Erweiterung des Anwendungsspektrums
hinsichtlich des Leitungsaderdurchmessers die Schlitzkanten nicht
gerade, sondern z.B. in Form von sehr flachen „Schlangenlinien", flach ineinander übergehende „Stufen" oder dergleichen
zu gestalten, wobei wie vorhin die Schlitzbreite „s" entweder konstant
oder variabel sein kann. Weiterhin können die Ausrichtungen der
dem Maß „h" entsprechenden Begrenzungsflächen des Schneidklemmschlitzes 1.5,
der Einführschräge (1.6) und
der Schneidklemmflanken 1.4 bzgl. der Achsen „a-a" bzw. „b-b" (vgl. 2, Schnitt B-B) über die Längsausdehnung
dieser Teilbereiche zumindest teilweise gleichbleibend und/oder
zumindest teilweise variabel gestaltet werden. Diese Ausrichtung kann,
wie z.B. am Maß „s" parallel zur Achse „a-a", wie z.B. am Maß „u" parallel zur Achse „b-b", oder eine Orientierung
zwischen diesen zwei Grenzfällen aufweisen.
Ebenfalls kann auch das Maß „h" entlang dieser Begrenzungsflächen zumindest
teilweise gleichbleibend und/oder zumindest teilweise variabel gestaltet
werden, wodurch eine Optimierung der Eindringkraft-Charakteristik
erreicht wird.
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3 zeigt
einen aus einem elektrischem Isolationsmaterial bestehenden Kontaktträger 2 mit einem
dem Anschlußelement 3 entsprechenden
Auflagebund 2.1, einer Codierung bzw. Verdrehsicherung 2.2 und
Aufnahmebohrungen 2.3, in denen die Kontakte 1 in
definierter Lage befestigt bzw. eingepreßt werden. Entsprechend den
Kontaktflächen 1.3 sind
diese Aufnahmebohrungen 2.3 mit Auflageflächen 2.9 versehen.
Optional ist jeweils diejenige Aufnahmebohrung 2.3 (hier
exemplarisch die mittlere Aufnahmebohrung), deren Kontakt mit dem
metallischen Gehäuse
des Steckers elektrisch verbunden werden muß, mit einer zusätzlichen
konzentrischen Aufnahmebohrung 2.4 versehen, die zur Aufnahme bzw.
Befestigung des Kontaktierungselementes 13 für die Abschirmung
dient. Dieser Aufnahmebohrung bzw. dem Kontaktierungselement 13 entsprechend weist
der Kontaktträger 2 eine
Auflagefläche 2.5,
eine Aufnahme- bzw. Befestigungsnut 2.6 sowie einen Durchgangsschlitz 2.10 auf.
Weiterhin besitzt der Kontaktträger 2 einen
weiteren, dem Anschlußelement 6 entsprechenden
Auflagebund 2.7, eine Dichtungsnut bzw. – fläche 2.8,
eine Führungsfläche 2.11, eine
weitere Codierung bzw. Verdrehsicherung 2.12 sowie eine
Anschlagfläche 2.13.
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Weiterhin weist der Stecker ein Anschlußelement
auf, insbesondere ein geschlossen metallisiertes oder metallisches
Anschlußelement
mit einer gerändelten
Grifffläche 3,
das in der 1a, 1b und 1c als Überwurfschraube dargestellt
ist und der Verschraubung des Steckers mit einer zugehörigen, hier nicht
dargestellten Buchse dient. Ebenso ist ein Kontaktierungselement 4 vorhanden,
das als Federscheibe dargestellt ist (siehe hierzu auch 5), das den elektrischen
Kontakt zwischen den Anschlußelementen 3 und 6 herstellt.
Zusätzlich
ist ein Dichtungselement 5 vorhanden, das in 1b als O-Ring dargestellt
ist. Ein weiteres Anschlußelement,
insbesondere ein geschlossen metallisiertes oder metallisches Anschlußelement,
das einen weiteren Teil des Gehäuse
des Steckers bildet, mit einer gerändelten Grifffläche 6 ist
in den 1a, 1b und 1c als Überwurfmutter dargestellt.
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In den 4a und 4b ist in verschiedenen Ansichten
und Schnitten ein aus einem elektrischem Isolationsmaterial bestehender
Litzenhalter 7 mit Leiterkammern 7.1 gezeigt,
in denen die jeweiligen Leitungsadern zwecks Kontakierung mit den
dazugehörenden
Schneidklemmen definiert aufgenommen und positioniert werden. Die
Leiterkammern 7.1 sind auf der Seite der Leitereinführung mit
umlaufenden Einführschrägen oder
-rundungen 7.7 trichterförmig gestaltet. Im weiteren
Verlauf (Richtung (-z)) hat die Grundform der Leiterkammer 7.1 zunächst einen gleichbleibenden
Querschnitt mit den Grundmaßen „m · n" (siehe 4a). Hierbei definiert „m", in welchem Maß bzw. mit
welcher Ausprägung
die Leitungsader umgelenkt wird, während „n" sich nach Durchmesser der Leitungsader
so richtet, daß diese beim
Eindringen der Schneidklemme möglichst
wenig in seitlicher Richtung ausweichen kann. Zu ihrem Ende hin
verjüngt
sich die Leiterkammer einseitig über
eine Umlenkschräge 7.4 zu
einem Querschnitt, der dem jeweiligen Ende der Leitungsader so entspricht,
daß diese
in der x-y-Projektion ausreichend genau so in Bezug auf die Schneidklemme
positioniert wird, daß die
y-Koordinate der Leitungsader 16.2 hinsichtlich der elektrischen
Kontaktierung mit ausreichender Sicherheit kleiner als die y-Koordinate des
Schneidklemmenschlitzes ist. Diese Positionierung bewirkt auch,
daß die
Schneidklemme am Ende der Leitungsader eindringt, was auch eine
Platzersparnis in Längsrichtung
zur Folge hat. In die entgegengesetzte Richtung muß das Kammermaß „m" so bestimmt werden,
daß die
x-y-Projektion des metallischen Leiters ebenfalls mit ausreichender
Sicherheit den Schneidklemmschlitz durchkreuzt. Aufgrund der Tatsache,
das der Durchmesser des metallischen Leiters zwangsläufig geringer
als der Aderdurchmesser „D" ist, läßt sich
eine sichere Kontaktierung auch unter der Bedingung „m < 2D"erreichen. Am Ende der
Leiterkammer 7.1 befindet sich weiterhin ein Anschlag 7.6,
der sicherstellt, daß eine spannungsführende Leitungsader
nicht aus der Leiterkammer 7.1 herausragen kann. Gleichzeitig
bewirkt dieser Anschlag 7.6, daß gegenüber der Schneidklemme auch eine
genaue Positionierung des Aderendes in z-Richtung stattfindet. Während der
Querschnitt der Leiterkammer 7.1 über das Breitenmaß „n" durchgängig ebene
Flächen
aufweist, verjüngt
er sich an den durch das Maß „m" definierten Enden
entweder zu einer in etwa gekrümmten,
insbesondere halbrunden Form 7.1.1, oder zu einer in etwa
polygonförmigen, insbesondere
V-förmigen
Gestalt 7.1.2 hin. Diese Enden können hierbei selbstverständlich auch
die gleiche Form haben. Diese Form kann auch über die Umlenkschräge 7.4 bis
hin zum Anschlag 7.6 gleich oder in ähnlicher Weise beibehalten
werden. Diese Verjüngungen
sind vor allem bei Leitungsadern mit einem kleineren Durchmesser
als die Kammerbreite „n" von Bedeutung, wobei
sie beim Umlenken derartiger Leitungsader deren Zentrierung in der
Mittelebene der Leiterkammer 7.1 bewirken. Weiterhin befinden
sich innerhalb der Leiterkammer 7.1 eine oder mehrere,
insbesondere zwei Umlenkrippen 7.2 und über die z-Achse versetzt eine
oder mehrere, insbesondere zwei Umlenkrippen 7.3. Diese
Umlenkrippen 7.2 sowie 7.3 sind in Richtung der
Leitereinführung mit
relativ flachen Schrägen 7.2.1 und 7.3.1 versehen,
was ein Verhaken der Leiteradern verhindert und die Reibungskräfte beim
Bestücken
verkleinert. Darüber
hinaus weisen die Umlenkrippen 7.2 und 7.3 längs dieser
Schrägen
in ihrem (x-y)-Querschnitt weitere Schrägen 7.2.2 und 7.3.3 auf,
die ähnlich
den Kammerverjüngungen 7.1.1 und 7.1.2 vor
allem in bezug auf dünnere
Leiteradern eine zentrierende Wirkung haben. Bezüglich dieser Wirkung können die
Schrägen 7.2.2 und 7.3.3 je
nach Anzahl und Verteilung der Umlenkrippen 7.2 und 7.3 über der
Kammerbreite „n" unterschiedlich
gestaltet werden, wobei sie, wie z.B. bei der Schräge 7.3.3, über die
z-Achse auch eine variable Neigung haben können. Die Umlenkrippe 7.2,
ggf. die Umlenkrippen 7.3 besitzen in Richtung zum Anschlag 7.6 hin
eine weitere Schräge 7.3.2,
die das Ende der Leiterader, vor allem beim Zurückweichen während des Eindringens der Schneidklemme,
zusätzlich
zentriert. Hinsichtlich der räumlichen
Gestaltung dieser Schräge 7.3.2 gilt
das gleiche wie bei den Schrägen 7.2.2 und 7.3.3. Über die
z-Achse sind der Anschlag 7.6, die Umlenkschräge 7.4 und
die Umlenkrippen 7.3 und 7.2 so verteilt, daß das Einführen der
Leiterader in die Leiterkammer 7.1 mit relativ geringem
Kraftaufwand möglich
ist. Ein weiterer wichtiger Teil der Leiterkammer 7.1 ist
die Führungsfläche 7.5,
deren Funktion es ist, die Schneidklemmflanken 1.4 zu führen und
vor allem ihr Ausweichen in Federrichtung beim Eindringen in die Leiterader
zu verhindern. Die Ausdehnung der Führungsfläche 7.5 in z-Richtung
ist mindestens gleich lang wie die Eindringtiefe der Schneidklemmen
und endet vorzugsweise an der unteren Fläche der Umlenkrippe 7.2.
Dadurch, daß die
Umlenkrippe 7.3 sich etwa in halber Höhe dieser Eindringtiefe befindet, wird
erreicht, daß die
Leiterader mindestens einmal, unter Umständen auch zweimal in z-Richtung
von der Schneidklemme berührt
wird, was zu einer Erhöhung der
Kontaktsicherheit führt.
Entsprechend der Führungsfläche 7.5 weist
der Litzenhalter 7 in Richtung der Schneidklemmen hin Öffnungen 7.5.1 auf,
wodurch die Schneidklemmen in die entsprechenden Leiterkammern 7.1 eindringen
können.
Die Außenkontur
dieser Öffnung 7.5.1 bildet
entweder über
ihren gesamtem Umfang oder nur über
Teile dessen (zum Beispiel wenn die Schneidklemmflanken 1.4 an gezielten
Stellen geführt
bzw. unterstützt
werden sollen) die Außenkontur
der Schneidklemme nach, wobei die restlichen Abschnitte sozusagen „Luft" zur Schneidklemme
haben können.
Wichtig hinsichtlich der Herstellung des Litzenhalters 7 im
Spritzgußverfahren
ist die Tatsache, das die x-y-Projektion der Innenkontur der Öffnung 7.5.1 unter
Berücksichtigung der
im Werkzeug erforderlichen Entformschrägen einerseits mit der Projektion
der Kammerbegrenzung 7.4.1, die sich über die Umlenkschräge 7.4 hin
bis zur Umlenkrippe 7.2 erstreckt, übereinstimmt. Andererseits
stimmt diese Innenkontur mindestens mit der unteren Seitenkante 7.2.3 der
Umlenkrippe 7.2 überein.
Die Öffnung 7.5.1 ist
mit umlaufenden Einführschrägen 7.5.2 versehen,
die ein Ankanten der eindringenden Schneidklemmen verhindern. Ebenfalls zu
den Schneidklemmen hin weist der Litzenhalter 7 an jeder
Leiterkammer 7.1 weitere Öffnungen 7.8 auf, deren
Anzahl mit der Anzahl der Umlenkrippen 7.3 übereinstimmt,
mit der Besonderheit, daß deren
Kontur größer, unter
Berücksichtigung
der im Werkzeug erforderlichen Entformschrägen vorzugsweise gleich ist
mit der x-y-Projektion der Umlenkrippen 7.3. Es ist dabei
auf jeden Fall zu beachten, daß die Öffnungen 7.8 nicht
so groß sind,
daß die
dünnste
anzuschließende
Leiterader durch sie hindurch geschoben werden kann, wodurch der
Anschlag 7.6 seine Bedeutung verlieren würde. Stellt
man weiterhin sicher, daß sich
die x-y-Projektionen der Umlenkrippen 7.2 und 7.3 sowie
der Umlenkschräge 7.4 und
des Anschlages 7.6 nicht überlappen, lassen sich die
Leiterkammern 7.1 bzw. der gesamte Litzenhalter 7 in
einer sehr hohen Funktionsdichte auf besonders einfache Art über die
Längsachse „z" enformen. Weitere
Merkmale des Litzenhalters 7 sind die Codierung bzw. Verdrehsicherung 7.9,
die Führungsfläche 7.16 und die
Anschlagfläche 7.15,
die in Verbindung mit dem Kontaktträger 2 von Bedeutung
sind. Die Nut 7.10 dient zur Aufnahme bzw. Führung des
Kontaktierungselementes 13. Die nutartigen Vertiefungen 7.11 stellen
ebenfalls eine Codierung bzw. eine Verdrehsicherung zur Hülse 9 dar.
Die Flächen 7.12 sind
Grifflächen,
an denen der Litzenhalter 7 aus dem Kontaktträger 2 heraus
gezogen werden kann. An den Auflageflächen 7.13 wiederum
wird der Litzenhalter 2, mittelbar über die Hülse 9, mit Hilfe des
Anschlußelementes 6 in
den mit Schneidklemmen bestückten Kontktträger 2 hinein
gedrückt.
Die Prüfbohrung 7.14,
die über
ein Teil ihrer Länge
einen konischen Verlauf besitzt, dient dem Anwender dazu, festzustellen,
ob der Durchmesser der ihm vorliegenden Leiteradern passend zu den
Leiterkammern 7.1 des Litzen halter 7 sind. Die
konische (oder alternativ auch plane) Fläche 7.17 hat die Funktion,
das Kontaktierungselement 8 in z-Richtung derart zu fixieren,
das dabei eine radiale Kraftkomponente in Richtung der Stecker-Mittelachse,
d.h. zum Kabelschirm hin erzeugt wird.
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5 zeigt
das für
eine durchgehende Abschirmung erforderliche Kontaktierungselement 4 zwischen
dem Anschlußelement 3 und
dem Abschlußelement 6.
Das Kontaktierungselement 4 ist dabei den Anlagekonturen
der Anschlußelemente 3 und 6 angepaßt und vorzugsweise
als Scheibe ausgebildet.
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In 6 ist
ein Kontaktierungselement 8 gezeigt, das in dieser Figur
als Irisfeder (zu einem Torus lösbar
oder nicht lösbar
zusammengefügte
Wendelfeder) dargestellt ist. Ebenfalls denkbar wären hierfür auch entsprechende
Stanz- oder Draht-Biegeteile. Für
den Fall, daß die
Hülse 9 in
einem Spritz- oder Druckguß-Verfahren
hergestellt würde,
könnte
man solche, als Werkzeug-Einlegeteile entsprechend gestalteten Federelemente,
auch in diese Hülse 9 fest integriert
vorsehen („einteilige
Lösung"). Das Kontaktierungselement 8 ist
für die
elektrische Kontaktierung zwischen der Abschirmung des Kabels und
dem Gehäuse
des Steckers (hier der Hülse 9)
erforderlich, um eine durchgehende Abschirmung zu realisieren. Die
Irisfeder ist deswegen von besonderem Vorteil, weil sie sich ohne
Hilfsmittel und toleranzausgleichend über die Abschirmung des Kabels
schieben läßt.
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In 7 ist
als weiterer Bestandteil des Gehäuses
des Steckers eine Hülse 9,
insbesondere eine geschlossen metallisierte oder metallische Hülse mit
einer Dichtfläche 9.1 für das Dichtungselement 5,
einem Verbindungsteil, zum Beispiel ein Gewinde 9.2 für das Anschlußelement 6,
eine Dichtfläche 9.5 für das Dichtungselement 10 und
einem Verbindungsteil, zum Beispiel ein Gewinde 9.8 für das Betätigungselement 12.
Außerdem
weist die Hülse 9 mindestens
eine den Vertiefungen 7.11 entsprechende Codierung bzw.
Verdrehsicherung 9.3 mit Einführschrägen 9.3.1 und ggf.
mit mindestens einer Auflagefläche 9.4 für das Kontaktierungselement 8 auf. Entsprechend
den Auflageflächen 7.13 am
Litzenhalter 7 besitzt die Hülse 9 Druckflächen 9.6.
Die konische (oder alternativ auch plane) Fläche 9.7 hat bezüglich des
Kontaktierungselementes 8 dieselbe Funktion wie die Fläche 7.17 am
Litzenhalter 7.
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In 8 ist
noch ein Kontaktierungselement 13 gezeigt, das zum Beispiel
als Stanz- oder Draht-Biegefeder
ausgelegt werden kann. Dieses Kontaktierungselement 13 weist
zumindest ein mit einer Befestigungs- bzw. Kontaktierugsschlaufe 13.1 versehenes
Befestigungselement 13.2 (bzw. umgekehrt) auf, wobei die
Kontaktierungsschlaufe 13.1 insbesondere an dem mittigen
Kontaktelement 1 federnd anliegt und hierzu einen elektrischen
Kontakt herstellt. Zusätzlich
sind ein Fixierungssteg 13.3, eine Federlamelle 13.4 und
einer Kontaktierungsfläche 13.5 vorhanden, über die
der elektrische Anschluß zum
metallisierten bzw. metallischen Gehäuse des Steckers erzeugt wird.
Ebenfalls denkbar wäre
ein ähnliches
Kontaktierungselement, bei dem die Federlamelle 13.4 und
die Kontaktierungsfläche 13.5 so
gestaltet werden, daß das
jeweilige Kontaktelement 1 nicht mit dem Gehäuse des
Steckers, sondern direkt mit dem Kabelschirm 15, oder mit
dem Kontaktierungselement 8 elektrisch verbunden ist.
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Für
die Konfektionerung (Kontaktierung des Kabels in Schneidklemmtechnik
und Zusammenbau des Steckers) liegen folgende Baugruppen und Einzelteile
vor:
- – Kontaktträger komplett:
Kontakte 1 + Kontaktträger 2 +
Anschlußelement 3 +
Kontaktierungselement 4 + Anschlußelement 6 + Dichtungselement 5 +
Kontaktierungselement 13;
- – Litzenhalter 7;
- – Griffhülse komplett:
Hülse 9 +
Kontaktierungselement 8; alternativ: Hülse 9 und Kontaktierungselement 8 als
Einzelteile;
- – Zugentlastungselement
komplett: Dichtungselement 10 + Zugenlastungselement 11;
- – Betätigungselement
(12);
- – Kabel
mit freigelegter Abschirmung 15 und freigelegten Leitern 16.
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Zur Konfektionierung sind nun die
folgenden Schritte erforderlich:
- – Der Kabelmantel 14 wird
endseitig abgetrennt, so daß die
Leitungsadern 16 und der Kabelschirm 15 über eine
definierte Länge
freigelegt werden; weiterhin wird der Kabelschirm 15 auf
eine bestimmte Länge
abgetrennt.
- – Das
Betätigungselement 12,
das Zugentlastungselement 11 und das Dichtungselement 10 sowie
die Hülse 9 mit
dem Kontaktierungselement 8 werden über die freigelegten Leitungsadern 16 und
den Kabelschirm 15 auf den Kabelmantel 14 aufgeschoben.
- – Die
Leitungsadern 16 werden in die entsprechenden Leiterkammern 7.1 des
Litzenhalters 7 bis zu dem Anschlag 7.6 eingeführt.
- – Die
Hülse 9 mit
dem Kontaktierungselement 8 wird mit dem bestückten Litzenhalter 7 so
zusammengefügt,
daß sich
die Flächen 7.12 und 9.6 berühren.
- – Das
Zugentlastungselement 11 und das Dichtungselement 10 werden über das
Betätigungs-element 12 mit
der Hülse 9 fest
verbunden.
- – Die
kabelseitig so konfektionierte Baugruppe wird mit dem „Kontaktträger komplett" über das Anschlußelement 6 zusammengefügt; während dieses
Vorgangs werden die Schneidklemmen in die jeweiligen Leitungsadern 16 eingedrückt, die ihrerseits
in den Leiterkammern 7.1 lagefixiert sind, so daß die elektrische
Kontaktierung zwischen einer Leitungsader und dem zugehörigen Kontaktstift 1 hergestellt
wird.
- – Über die
Kontaktierungselemente 4 und 8 erfolgt die elektrische
Kontaktierung von der Abschirmung 14 des Kabels über die
leitfähigen
Bereiche des Gehäuse
des Steckers bis hin zum Betätigungselement 3,
so daß nach
der Kontaktierung des Steckers mit der zugehörigen Buchse oder Gerätedose über die
entsprechenden Anschlußelemente
eine durchgehende Abschirmung gegeben ist. Alternativ oder ergänzend dazu
kann die Kontaktierung von der Abschirmung 14 des Kabels
auch über
das Kontaktierungselement 13 hin zu einem Kontaktpartner 1 erfolgen.
Hierdurch ist dann zum Beispiel eine durchgehende Masseverbindung
gegeben.
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In den 9a und b sowie 10 und 11 sind Gesamt-,
Schnitt- und Detailansichten eines weiteren Ausführungsbeispieles eines Steckers
gezeigt. Der in diesen Figuren dargestellte Stecker unterscheidet sich
von demjenigen aus der 1 dadurch,
daß hier der
Litzenhalter 7 aus den Teilen Litzenhalter 7a (siehe 10) und Spannteil 7b (siehe 11) besteht. Diese Verbindung
kann sowohl lösbar
(wie in 10 dargestellt,
durch Klipsen oder dergleichen) als auch unlösbar (zum Beispiel durch Ultraschallschweißen, Laserschweißen, Kleben
oder dergleichen) hergestellt werden. Der Litzenhalter 7a besitzt
in diesem Fall in der Leiterkammer nur eine feste Umlenkrippe, wobei
die Funktion der zweiten Rippe hier von den in diese Kammern hineinragenden
federnden Lamellen des Spannteils 7b übernommen werden. Diese Lamellen
bezüglich
der Leitungsader erfüllen
damit nicht nur eine Umlenk-, sondern auch eine Befestigungsfunktion.