DE20103256U1

DE20103256U1 - Steckverbindung

Info

Publication number: DE20103256U1
Application number: DE20103256U
Authority: DE
Original assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Current assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Priority date: 2001-02-23
Filing date: 2001-02-23
Publication date: 2001-05-23
Anticipated expiration: 2011-02-24

Description

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Beschreibung
Steckverbindung

Die Erfindung bezieht sich auf einen Steckverbinder gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.

Einen derartigen gattungsgemäßen Steckverbinder ist aus der Norm IEC 603-7 bekannt. Dieser Steckverbinder wird bis heute in der Kommunikationstechnik, beispielsweise Telefon, bzw. in der Computertechnik verwendet. Mittels eines solchen Steckverbinders kann ein achtadriges Datenkabel mit einer Leiterplatte verbunden werden. Dieser Steckverbinder ist sehr kostengünstig, mittels Crimpwerkzeug sehr einfach konfektionierbar, optimal an einem geforderten Wellenwiderstand anpassbar und sehr kompakt.

In jüngster Zeit werden verstärkt Anstrengungen zur Entwicklung industrietauglicher Ethernet-Komponenten unternommen.

Dabei versucht man die aus der Bürokomminikation bekannten und daher weit verbreitete Technologie auch im Bereich der Industrieautomatisierung nutzbar zu machen. Ein Grund dafür liegt in der hohen Verfügbarkeit dieser Technologie und den damit verbundenen niedrigen Kosten.

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

Soll sich Ethernet in der Industrie durchsetzen, so werden dafür u.a. auch industrietaugliche Komponenten wie Stecker, Leitungen etc. benötigt. Zweckmäßig dabei ist natürlich, wenn soweit als möglich, auf bereits vorhandene Standards zurückgegriffen werden kann.

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Günstige industrietaugliche Steckverbindungen sind nur durch hohe Stückzahlen erreichbar. Aus diesem Grund ist es fast unabdingbar, auf bereits gesetzte Standard zurückzugreifen.

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

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

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

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

Schwerpunktmäßig auftretende Probleme betreffen dabei: die realisierbare Schutzart,

die erforderliche Robustheit bzgl. mechanischer Vibration und Schockbelastung,

die Versorgung von Sensoren und Aktoren mit einer geeigneten Versorgungsspannung.

Der vorliegenden Erfindung liegt als Aufgabe zugrunde, eine kostengünstige Lösung des letztgenannten Punktes zu schaffen.

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Lösungen auf Basis eines RJ45-Steckers sind zur Zeit nicht bekannt.

Zunächst sind folgende Lösungen denkbar: 5

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

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

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

Aus Gründen der elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV) muss die Spannungsversorgung zum Kommunikationskanal, welcher die eigentlichen durch Ethernet übertragenen Daten führt, geschirmt ausgeführt werden. Dies bereitet enorme konstruktive Probleme im Steckerbereich.

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Ethernet wird im Moment von der Grundbandbreite 10 Mbit/s und der Variante Fast-Ethernet mit 100 Mbit/s auf 1000 Mbit/s erweitert. Lösungen auf RJ45-Basis benötigen hierzu zukünftig alle acht Adern/Pins. D.h., mit der skizzierten Lösung können die erwünschten hohen Datenraten nicht realisiert werden.

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

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

Aus der älteren nationalen Patentanmeldung mit dem amtlichen Aktenzeichen 100 53 843.6 ist ein gattungsgemäßer Steckverbinder bekannt, deren Buchse um einen Isolierkörper erweitert ist, der zwei Kontaktflächen aufweist. Diese beiden Kontaktflächen sind auf der Oberseite des Isolierkörpers angeordnet und verlaufen als Kontaktschienen in Längsrichtung der Buchse parallel zur Buchsenöffnung. Die Buchse in Form der Standard-Buchse hat ihrerseits Kontaktflächen zum Anschluss der Buchse ■ an eine Baugruppe bzw. Leiterplatte. Der zugehörige Stecker dieses bekannten Steckverbinders weist eine Trägerplatte aus isolierenden Material auf, an der zwei Kontaktelemente in Form von Kontaktfedern befestigt sind. Diese Trägerplatte ist an einem Isolierstoffkörper befestigt, der am kabelseitigen Ende des Standard-Steckers angebracht ist. Da der Standard-Stecker einen Rasthaken aufweist, mit dem dieser Stecker mechanisch mit der Buchse im gesteckten Zustand verrastet ist, ist die Trägerplatte auf der dem Rasthaken abgewandten Seite des Steckers platziert. Diese Trägerplatte ist derart an dem Isolierstoffkörper befestigt, dass die Trägerplatte oberhalb des Steckerelementes zu liegen kommt und die Seite der Trägerplatte mit den Kontaktelementen in den Zwischenraum zwi-

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sehen Steckerelement und Trägerplatte gerichtet ist. Außerdem ist die Trägerplatte in Richtung des Steckerelementes elastisch vorgespannt, um einen ausreichenden Andruck der Kontaktfedern auf die jeweiligen Kontaktflächen der Buchse zu gewährleisten. Durch den zusätzlichen Steckverbinder, dessen beide Teile mit den entsprechenden beiden Teilen des Standard-Steckverbinders verbunden sind, werden Leitungen einer Spannungsversorgung mit einer Datenleitung mitgeführt.

Der Nachteil dieser Lösung besteht darin, dass durch den zusätzlichen Steckverbinder sich der benötigte Bauraum für den Standard-Steckverbinder vergrößert. Außerdem wird die Konfektionierung des Stecksystems durch den zusätzlichen Steckverbinder erheblich aufwendiger·

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, den bekannten standardisierten Steckverbinder derart weiterzubilden, dass Leitungen einer Spannungsversorgung mitgeführt werden können, ohne das die Nachteile des bekannten Steckverbinders auftreten.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß· mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Dadurch, dass die Buchse des Steckverbinders zwei weitere Kontaktzungen aufweist und der zugehörige Stecker dazu zwei weitere in Führungsnuten angeordneten Kontaktstifte aufweist, kann ein Leiter verwendet werden, der neben den Datenleitungen auch noch Leitungen für eine Spannungsversorgung aufweist. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Buchse und des Steckers eines Standard-Steckverbinders ändert sich nichts an der Bauform dieses Steckverbinders. Dadurch kann ein erfindungsgemäßer Stecker in eine bekannte Standard-Buchse bzw. ein bekannter Standard-Stecker in eine erfindungsgemäße Buchse gesteckt werden, ohne das die Datenübertragung gestört wird.

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

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

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

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

FIG 1 zeigt die Buchse des erfindungsgemäßen Steckverbinders, wobei in der

FIG 2 der zugehörige Stecker veranschaulicht ist.

In der FIG 1 ist eine Buchse 2 des erfindungsgemäßen Steckverbinders in einer Schrägansicht näher dargestellt. Zunächst werden die Elemente beschrieben, die eine standardisierte Buchse 2 aufweisen. Dabei handelt es sich um Kontaktzungen 4, die in einer Reihe nebeneinander angeordnet sind. Diese Kontaktzungen 4 ragen in einen Einsteckbereich 6, in dem im gesteckten Zustand der Stecker 8, dargestellt in der FIG 2, eingerastet ist. Die Kontaktzungen 4 sind jeweils mit Lötstiften 10 elektrischleitend verbunden. Damit die Buchse 2 mechanisch auf eine Leiterplatte, die wegen der Übersicht-

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lichkeit nicht näher dargestellt ist, fixiert werden kann, weist diese Buchse 2 zwei Raststifte 12 auf. Gegenüber den in einer Reihe angeordneten Kontaktzungen 4 ist der Boden 14 der Buchse 2 mit einer zum Rasthaken 16 des Steckers 8 korrespondierenden Ausnehmung 18 versehen. Der betätigbare Rasthaken 16 verrastet sich hinter der Ausnehmung 18 des Bodens 14 des Buchse 2. Der Einsteckbereich 6 der Buchse 2 entspricht den Abmessungen des Teils des Steckers 8, der im gesteckten Zustand des Steckverbinders in diesem Einsteckbereich 6 steckt.

Diese standardisierte Buchse 2 ist nun gemäß der Erfindung mit zwei zusätzlichen Kontaktzungen 22 und 24 versehen, die zueinander beabstandet auf den Boden 14 der Buchse 2 platziert sind. Diese beiden Kontaktzungen 22 und 24 sind ebenfalls mit Lötstiften 26 und 28 elektrisch leitend verbunden. Damit zwischen den Lötstiften 10 der Kontaktzungen 4 und den Lötstiften 26 und 28 der zusätzlichen Kontaktzungen 22 und 24 eine geforderte Luft- und Kriechstrecke eingehalten werden kann, sind die Lötstifte 26 und 28 jeweils am Rand des Bodens 14 platziert. Aus diesem Grund sind die zusätzlichen Kontaktzungen 22 und 24 auf der den in einer Reihe angeordneten Kontaktzungen 4 gegenüberliegenden Boden 14 angeordnet. In Flucht dieser beiden zusätzlichen Kontaktzungen 22 und 24 . sind Anschlagstücke 20 angeordnet, die für eine Begrenzung der Einstecktiefe .des Steckers 8 sorgen. Dadurch wird gesorgt, dass ein sicherer Kontakt zwischen diesen Kontaktzungen 22 und 24 und korrespondierenden Kontaktstiften 38 des Steckers 8 hergestellt wird.

In der FIG 2 ist der Stecker 8 des erfindungsgemäßen Steckverbinders ebenfalls in einer Schrägansicht näher dargestellt. Dieser Stecker 8 weist in der Standardversion mehrere nebeneinander angeordnete Führungsnuten 30 auf, die korrespondierend zu den in einer Reihe angeordneten Kontaktzungen 4 der Buchse 2 ausgeführt sind. Jede Führungsnut 30 weist im Einführungsbereich einen Kontaktstift 32, beispielsweise einen Crimpstift, auf, der durch den Boden der Nut 30 gesteckt

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ist. Wenn diese Kontaktstifte 32 jeweils mit einer Leitung eines Leiters, der hier nicht näher dargestellt ist, elektrisch leitend verbunden, beispielsweise gecrimpt ist, ragen diese Kontaktstifte 32 nicht mehr so hoch in den Führungsnuten 34. Korrespondierend zu den zusätzlichen Kontaktzungen und 24 weist dieser Stecker 8 zusätzliche Führungsnuten 34 und 36 auf. Auch in diesen zusätzlichen Führungsnuten 34 und 36 sind Kontaktstifte 38 derart angeordnet, dass diese ebenfalls durch den Boden dieser Nuten 34 und 36 gesteckt sind.

Durch diese erfindungsgemäße Ausgestaltung der Teile 2 und des Steckverbinders werden nicht nur Daten über bis zu acht Kanälen, sondern auch eine Spannungsversorgung geführt. Dadurch können Geräte, beispielsweise ein Drehzahlgeber, die neben einen Datenaustausch auch mit einer Versorgungsspannung versorgt werden müssen, mittels standardisierter Steckverbinder an ein aus der Bürokommunikation bekannten Netz, beispielsweise ein lokales Netzwerk LAN mit dem Standard Ethernet angeschlossen werden.

Claims

1. Steckverbinder, bestehend aus einer Buchse (2) und einem Stecker (8), wobei die Buchse (2) einen zum Stecker (8) korrespondierenden Einsteckbereich (6) aufweist, in dem mehrere in einer Reihe nebeneinander angeordneten Kontaktzungen (4) ragen, und wobei der arretierbare Stecker (8) mehrere Kontaktstifte (32) aufweist, die in nebeneinander angeordneten Führungsnuten (30) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Buchse (2) zwei weitere Kontaktzungen (22, 24) aufweist, die zueinander und gegenüber den in einer Reihe nebeneinander angeordneten Kontaktzungen (4) beabstandet im Einsteckbereich (6) angeordnet sind, und das der Stecker (8) zu diesen zwei weiteren Kontaktzungen (22, 24) korrespondierende Kontaktstifte (38) aufweist, die in zusätzlichen Führungsnuten (34, 36) angeordnet sind.

2. Steckverbinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktzungen (4, 22, 24) mit Lötstiften (10,26, 28) elektrischleitend verbunden sind.

3. Steckverbinder nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Buchse (2) im Einsteckbereich (6) eine Einsteckbegrenzung aufweist.

4. Steckverbinder nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Stecker (8) eine Einsteckbegrenzung aufweist.

5. Steckverbinder nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Buchse (8) Raststifte (12) aufweist.

6. Steckverbinder nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zur Arretierung des Steckers (8) dieser einen betätigbaren Rasthaken (16) aufweist.

7. Steckverbinder nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Buchse (2) als SMD-Bauelement ausgebildet ist.

8. Steckverbinder nach einem der zu vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktstifte (32, 38) des Steckers (8) als Crimpkontaktstifte ausgeführt sind.