B E S C H R E I B U N G

Geschirmter Steckverbinder mit einem Ringfedersystem

Die Erfindung betrifft einen geschirmten konfektionierbaren oder konfektionierten einpoligen, mehrpoligen oder koaxialen Steckverbinder gemäß den Merkmalen des Oberbegriffes des Patentanspruches 1.

Solche geschirmte Steckverbinder sind zum Beispiel aus der DE 103 02 710, DE 103 02 711 oder DE 103 23 612 bekannt.

Es geht konkret um relativ zueinander ruhende, vorzugsweise um drehbare und/oder axial verschiebbare Kontakte, insbesondere Schleifkontakte, die während des Betriebes entweder stets geschlossen oder auch gelöst werden können. Es ist dabei erforderlich, zwischen den Kontaktstellen eine angemessene Kontaktkraft zu erzeugen, deren Betrag wiederum maßgebend für die Größe der entstehenden metallischen und quasi metallischen Berührungsflächen, und somit für die Höhe des Kontaktwiderstandes ist.

Andererseits ist es gleichzeitig erforderlich, derartige Kontakte mit einem vertretbaren Kraftaufwand zu betätigen. Vorwiegend bei begrenztem Bauraum ist dabei das Problem gegeben, dass die durch die Kontaktkraft hervorgerufene Reibungskraft ein bestimmtes Maß nicht überschreiten darf. Speziell bei Schleif¬ kontakten können darüber hinaus, bedingt durch unterschiedlich hohe Haft- und Gleitreibungskoeffizienten sowie den Schwingungseigenschaften des jeweiligen Federn- Masse- Systems, sogenannte Stick- Slip- Effekte auftreten, die unterbun¬ den werden müssen.

Weitere Aspekte, die eine Lösung derartiger Probleme zusätzlich erschweren, sind das generelle Bestreben, Bauteile beziehungsweise Bauteilgruppen der Steckverbinder zunehmend zu miniaturisieren, die Teilevielfalt sowie die Anzahl der erforderlichen Kontaktstellen zu minimieren, Montagearbeiten zu rationalisie¬ ren und dergleichen.

Angesichts dieser sich widersprechenden Forderungen ist es nötig, derartige Kontaktierungen mit Federn beziehungsweise Federsystemen zu realisieren, die über definierte Richtungen den Anforderungen entsprechende Steifigkeiten aufweisen.

Es gibt zu oben beschriebenem Problem schon zwei bekannte Lösungen:

1. Üblicherweise werden zwei derartige Teile mittelbar über entsprechende Stanzbiegeteile kontaktiert, wobei in der Regel in Steckerlängsachse federnde Wellenscheiben oder quer zur Achse federnde Hülsen eingesetzt werden.

Nachteile dieser ersten Lösung:

• Die Baugruppe weist ein zusätzliches Teil auf. • Da es sich dabei um relativ filigrane Teile handelt, besteht bei der Montage einerseits ein Handlingsproblem, andererseits kann es passieren, dass solch ein Teil bei der Montage verloren geht beziehungsweise vergessen wird. Dies hätte zur Folge, dass die Abschirmung elektrisch unterbrochen wäre. Darüber hinaus ist das Fehlen solch eines Teiles bei einer abschließenden Qualitäts¬ kontrolle nicht oder nur mit sehr hohem Aufwand zu entdecken. • Die Abschirmung weist hierdurch eine zusätzliche elektrische Kontaktierung, das heißt einen erhöhten Durchgangs- Widerstand auf. • Aus Platzmangel ist es nicht möglich, axial federnde Scheiben durch einen zusätzlichen Seitenkragen so abzudecken, dass am Spalt zwischen den zwei Metallteilen keine Öffnungen in der Abschirmung entstehen.

2. Eine weitere Lösung besteht darin, eines der Teile so zu gestalten, dass es aus einem rohrförmigen Ansatz durch radiales Schlitzen erzeugte Biegelamellen mit fliegenden Enden aufweist, und diese Enden mit definiertem Untermaß an einer entsprechenden Mantelfläche des anderen Teiles federnd anliegen.

Nachteile dieser zweiten Lösung:

• Biegelamellen, die aus einem Rohrprofil durch radiales Schlitzen erzeugt werden, haben im Querschnitt die Form von Ringsegmenten. Derartige Federn haben im Vergleich zu Biegelamellen mit rechteckigem Querschnitt bei glei¬ cher Stärke und gleicher Querschnittsfläche ein erhöhtes axiales Flächenmo- ment und somit bei gegebener Federlänge und Werkstoff eine entsprechend höhere Federsteifigkeit. Dieser Unterschied ist um so gravierender, um so ausgeprägter die Krümmung solcher Ringsegmente relativ zu ihrer Breite ausfällt. Gestaltet man allerdings in diesem Sinne solche Lamellen entspre¬ chend schmal, um eine ähnliche Steifigkeit wie bei vergleichbaren rechteck- förmigen Lamellen zu erreichen, geht hierbei in Dreh- beziehungsweise Bewe¬ gungsrichtung ein hohes Maß an Querstabilität verloren. Einerseits werden die Federn hierdurch an ihre fliegenden Enden" beim Transport, in der Montage und im Betrieb sehr verletzungsanfällig, andererseits neigen sie dadurch verstärkt zu dem erwähnten Stick-Slip-Verhalten. « Bei gegebenen sonstigen Federparametern weisen Ringsegmentlamellen einen geringeren zulässigen Federweg als rechteckige Lamellen auf. Da die Einstellung des Federweges konstruktiv zwangsläufig mit einer Maß- bezie¬ hungsweise Toleranzkette verbunden ist, müssen dadurch erhöhte Anforde¬ rungen an die Maßgenauigkeit der entsprechenden Teile gestellt werden. • Widerläufig zu dieser Forderung ist allerdings das Verhalten eines geschlos¬ senen Rohrprofils, das einseitig durch Schlitzen aufgeteilt wird. Da durch diesen Prozeß innere Spannungen freigelegt werden, weisen gerade die Enden der freigelegten Lamellen, an denen sich sinnvollerweise die Kontakt¬ flächen befinden, die größten Maß- und Formtoleranzen auf.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen geschirmten Steckverbin¬ der bereitzustellen, der die geschilderten Anforderungen erfüllt. Konkret geht es um einen geschirmten Rundstecker beziehungsweise eine geschirmte Runddose (auch Rundbuchse genannt), deren vorzugsweise metallisches Gehäuse zumindest eine Überwurfmutter und Überwurfschraube oder zwei entsprechende Überwurfmuttern oder zwei entsprechende Überwurfschrauben beinhaltet, die in jeweils entgegengesetzte Richtungen mittels Gewinde, Bajonett, Rastelemente, Umspritz- oder Umgießgeometrie und dergleichen Befestigungsfunktionen erfüllen. Diese relativ zueinander ruhenden, vorzugsweise drehbaren und/oder verschiebbaren Teile müssen bei gegebenem Bauraum einerseits so gestaltet sein, dass sie im montierten Zustand für die elektromagnetische Strahlung nach außen hin undurchlässig sind, das heißt seitlich keine offenen Spalte aufweisen. Andererseits müssen sie als Bestandteile der Stecker- beziehungsweise Dosenabschirmung, die ihrerseits an einer anderen Stelle mit dem jeweiligen Kabelschirm verbunden sein kann, zuverlässig miteinander elektrisch kontaktie¬ ren. Die oben erwähnten Stick- Slip- Erscheinungen sollten hierbei mit vertretba¬ rem Aufwand vermieden werden.

Diese Aufgabe ist durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass an der Überwurfmutter oder an der Überwurfschraube des Steckers oder der Dose (Buchse) ein Ringfedersystem aus zumindest einer, vorzugsweise aus zumindest zwei Ringsegmentlamellen angeordnet ist, die endseitig einen geschlossenen Federring aufweisen, der die Ringsegmentlamellen an ihren Enden miteinander verbindet.

Die Erfindung betrifft im Kern das in den Figuren 1 und 2 dargestellte Teil mit der Bezugsziffer 1. Es handelt sich in diesem Beispiel um eine Überwurfmutter mit einem rohrförmigen Ansatz, der zumindest eine, vorzugsweise mindestens zwei vorzugsweise durch Fräsen hergestellte Öffnungen aufweist. Alternativ können diese Öffnungen auch durch andere Herstellungsverfahren wie Polygondrehen (Polygonage), Laser- Schneiden, Bohren, Stoßen, Ätzen und dergleichen erzeugt werden. Es bildet sich hierdurch ein einteiliges Federsystem, das im wesentlichen aus mindestens einer, vorzugsweise aus mindestens zwei vorzugsweise symmetrisch angeordneten Ringsegmentlamellen 1.1 (die auch als Ringsegment¬ stege bezeichnet werden können) und aus dem geschlossenen Federring 1.2 besteht, der diese Lamelle(n) an ihren federnden Enden miteinander verbindet. Darüber hinaus kann, muss aber nicht, dieses System mindestens einen, vorzugsweise mindestens zwei Vorsprünge 1.3 aufweisen, ihrerseits mit einer Kontaktfläche 1.3.1 und den Übergangsflächen 1.3.2 und 1.3.3. Zwecks einer rationellen Herstellung sollte die Lage dieser Vorsprünge 1.3 vorzugsweise entlang den Ringsegmentlamellen 1.1 vorgesehen werden, so dass hierfür kein zusätzlicher Arbeitsgang anfallen würde. Lösungen, wo dieser Vorsprung beziehungsweise diese Vorsprünge ausschließlich am oder auch am geschlosse¬ nen Federring 1.2 vorgesehen wird/ werden, sind natürlich ebenso denkbar.

Bezüglich jedes dieser Vorsprünge bildet sich aus den hier zusammenlaufenden Ringsegmentlamellen 1.1 oder auch aus den Teilabschnitten dieser Ringsegment¬ lamellen und den dazugehörenden Teilabschnitten des Federrings 1.2 ein System parallel geschalteter Biegefedern, wonach an jeder der Kontaktflächen 1.3.1 die Summe der Steifigkeiten dieser Abschnitte wirkt.

Am oberen Ende der Ringsegmentlamellen 1.1 befindet sich ein umlaufend geschlossener Bund 1.4, der im montierten Zustand in eine entsprechende Ausnehmung des Teiles 2 aus der Figur 1 hineinragt, und somit infolge der axial entstehenden Überdeckung sicherstellt, dass unter Berücksichtigung der sich bildende Toleranzkette eine stets geschlossene Abschirmung gewährleistet ist.

Die Übergangsflächen 1.3.2 und 1.3.3 der Vorsprünge 1.3 können bezüglich der Längsachse dem jeweiligen Anwendungsfall entsprechende Neigungswinkel „beta" beziehungsweise „gamma" aufweisen, zum Beispiel zur Montageerleichte¬ rung oder um ein Einhängen in eine entsprechende Umlaufnut im Teil 2 aus der Figur 1 zu ermöglichen, wodurch die Teile eine Unterbaugruppe bilden würden.

Hinsichtlich der durch oben genannte Öffnungen entstehende Seitenflächen der Ringsegmentlamellen 1.1 können diese, wie zum Beispiel in den Figuren 1 und 2 dargestellt, über die Längserstreckung der Lamellen eine achsparallele Ausrich¬ tung haben. Sie können allerdings auch einen schrägen, einen bogenförmigen oder einen aus diesen Möglichkeiten kombinierten Verlauf aufweisen. Ebenfalls können die Querschnitte der Ringsegmentlamellen 1.1 als auch des geschlosse¬ nen Federringes 1.2 entlang ihrer jeweiligen Federlängsachse, je nach Form der sie begrenzender Innen- und Außenmantelfläche, einerseits gleichbleibend, andererseits auch kontinuierlich oder sprunghaft variabel gestaltet werden.

Vorteile der Erfindung:

Gegenüber dem bekannten Einsatz von federnden Wellenscheiben oder federnden Hülsen wird durch die erfindungsgemäße Lösung ein zusätzliches Einzelteil eingespart. Dies hat die weiteren vorteilhaften Folgen:

• Reduzierung der Teilevielfalt, • Reduzierung der Maß- und Toleranzketten, • Reduzierung der Anzahl der Kontaktstellen, • Montagevereinfachung, • Vermeidung von Montagefehlern („Vergessen" der Wellenscheibe).

Dadurch, dass die Ringsegmentlamellen 1.1 an ihre Enden über den geschlosse¬ nen Federring 1.2 fest miteinander verbunden sind, ergeben sich weitere entscheidende Vorteile:

• Es ist hier möglich (siehe Figur 2), die Breite „b1" beziehungsweise den umschriebenen Winkel „alpha" der Ringsegmente soweit zu reduzieren, dass diese ein etwa vergleichbares Flächenmoment haben wie ein gleichflächiges Rechteck gleicher Stärke. Die hierdurch sich in Dreh- beziehungsweise Bewe¬ gungsrichtung stark reduzierende Querstabilität der Ringsegmentlamellen 1.1 wird durch den Federring 1.2 mehr als ausgeglichen. Obwohl der Federring 1.2 das Gesamtsystem zusätzlich versteift, lässt sich hier an den Kontaktstellen zwischen den Teilen 1 und 2 eine Steifigkeit erreichen, die spürbar geringer ist, als wenn man mit freien Ringsegmentfedern mit ausreichender Breite bezie¬ hungsweise Querstabilität arbeitet. Dieser Vorteil fällt um so mehr ins Gewicht, je geringer der zur Verfügung stehende Bauraum, und speziell der verfügbare Platz für die Federlänge „11" ist. • Werden die Vorsprünge 1.3 zweckmäßig möglichst nahe am Federring 1.2 angeordnet, werden nicht nur die zulässigen Federwege optimiert, sondern auch die Torsionssteifigkeit des Systems an den Schleif- beziehungsweise Kontaktflächen 1.3.1 beträchtlich gesteigert, was wiederum die Neigung zu besagtem Stick- Slip- Verhalten erheblich reduziert. • Die somit vernetzte Struktur aus den Ringsegmentlamellen 1.1 und dem Federring 1.2 erhöht deutlich die Maß- beziehungsweise Toleranzstabilität an den Kontaktstellen 1.3.1 , die bei freien Enden der Ringsegmentlamellen 1.1 infolge von freigelegten inneren Spannungen erheblich beeinträchtigt würde. Dies ist einerseits ein Fertigungs- und somit ein Qualitätsvorteil, andererseits können hierdurch hinsichtlich der Funktion wesentlich konstantere bezie¬ hungsweise reproduzierbare Kontaktkräfte eingestellt werden.

In Figur 2 ist noch gezeigt, dass das Ringfedersystem im Bereich der Ringseg- mentlamellen 1.1 einen Hauptdurchmesser d2 und im Bereich der Vorsprünge 1.3 einen Durchmesser d1 aufweist. Damit ergibt sich die Dicke der Vorsprünge 1.3 aus der Differenz zwischen d1 und d2. Ausserdem ist rechts unten in der Figur 2 das fertige Teil 1 als Bestandteil des Steckverbinders (andere Bestandteile beziehungsweise Baugruppen des Steckverbinders sind zwecks besserer Übersichtlichkeit nicht dargestellt), hier mit drei Ringsegmentlamellen (wobei auch weniger oder mehr als drei Ringsegmentlamellen vorhanden sein können), gezeigt. Dieses Teil 1 weist zwecks besserem Handling beim Verschrauben beziehungsweise Befestigen mit einem korrespondierenden Teil eine aufgeraute Oberfläche, vorzugsweise in Rauten- oder Pyramidenform, auf. Das zweite Teil 2 wird unter geringer Kraftaufwendung auf das Ringfedersystem des ersten Teiles 1 aufgesteckt und dort drehbar gelagert lagefixiert. Damit wird die in Figur 1 gezeigte Situation realisiert.

Neben der beschriebenen Ausführung sind auch weitere Varianten denkbar, die im folgenden beschrieben und in den weiteren Figuren gezeigt sind. Dies stellt jedoch keine Einschränkung der Erfindung dar. Analog zu dem schon beschriebenem drehbarem Schleifkontakt wäre ebenso auch ein reiner axial verschiebbarer Steckkontakt oder eine Kombination aus diesen Varianten realisierbar, der hinsichtlich der Grundmaße und Proportionen natürlich dem jeweiligen Anwendungsfall entsprechend gestaltet sein müsste. Je nachdem, ob die den oben entsprechenden Vorsprünge 1.3 nach außen oder gegebenenfalls nach innen gerichtet wären, würde man auf Innen- beziehungs¬ weise Außendorne kontaktierende Steckhülsen oder entsprechende Kontaktstifte oder Kontaktbuchsen erhalten.

In Figur 3 ist ein nach oben beschriebenem Prinzip arbeitender Federkorb 3 dargestellt, der zum Beispiel als Zwischenkontakt zwischen einem Außen- und einem Innendorn dienen könnte. Der Federkorb 3 kann auch lagefest, verschieb¬ bar und / oder, drehbar an der Überwurfmutter oder der Überwurfschraube angeordnet werden. Der Federkorb 3 weist mindestens eine, vorzugsweise mindestens zwei vorzugsweise symmetrisch angeordneten Lamellen 3.1 auf, die beidseitig über geschlossene Federringe 3.2 und 3.3 verbunden sind. Sie weisen nach innen und / oder nach außen gerichtete Vorsprünge 3.4 beziehungsweise 3.5 auf. Anzahl, Lage und auch Ausrichtung dieser einzelnen Vorsprünge entlang der Lamellen 3.1 und/ oder der Federringe 3.2 und 3.3 kann selbstverständlich passend zum jeweiligen Anwendungsfall beliebig sein. Ein derartiges Teil weist gegenüber den in der Praxis bereits eingesetzten Stanzbiege- beziehungsweise Stanzroll- Federkörben, bei denen die den Federringen 3.2 und 3.3 entsprechen¬ den Lamellenverbindungen an zumindest einer Stelle offen sind, eine wesentlich höhere Maß- beziehungsweise Toleranzqualität auf. Außerdem sind derartige Federkörbe bei Anwendungen, in welchen sich entsprechende Stanzwerkzeuge Stückzahl- bedingt nicht rechnen würden, auch die wirtschaftlichere Lösung.

In Figur 4 ist weiterhin beispielhaft ein mehrstufiger Federkorb 4 dargestellt. Dieser weist über geschlossene Federringe 4.4, 4.5, 4.6 und 4.7 verbundene Lamellen 4.1 , 4.2 und 4.3 auf, die nach innen und/ oder nach außen weisende Vorsprünge 4.8, 4.9 und 4.10 auf. Diese Vorsprünge können selbstverständlich auch, oder ausschließlich entlang der Federringe 4.4, 4.5, 4.6 und 4.7 angeordnet werden. Ein derartiger Federkorb 4 kann als mehrstelliges Kontaktelement dienen, wobei Anzahl und Lage der Lamellen, Federringe und Vorsprünge dem Anwen¬ dungsfall entsprechend grundsätzlich beliebig sein kann und die Ausrichtung der einzelnen Vorsprünge der jeweils zu kontaktierenden Fläche entgegengesetzt ist.

Das zweite Teil 2, beziehungsweise die dem Teil 2 entsprechenden Teile oder Baugruppe(n), wird/ werden unter geringer Kraftaufwendung an dem ersten Teil 1 , an dem der als Ringfedersystem ausgebildete Federkorb 3 oder 4 fest, lagefest, verschiebbar und/ oder drehbar angebracht ist, lagefest, drehbar und/ oder verschiebbar gelagert und somit lösbar oder vorzugsweise - ggf. mit Hilfe weiteren hier nicht dargestellten Teilen - nicht lösbar verbunden (zusammengesteckt).

Geschirmte Steckverbinder, also ein Rundstecker beziehungsweise eine damit korrespondierende Runddose, bei dem das erfindungsgemäße Ringfedersystem anwendbar ist, sind beispielsweise aus der DE 103 02 710, DE 103 02 711 oder DE 103 23 612 bekannt. Hierbei ist es wichtig, zu Abschirmungszwecken zwischen den beiden relativ zueinander bewegbaren (drehbaren) Teilen (Über¬ wurfmutter, Überwurfschraube) mit dem Ringfedersystem einen elektrischen Kontakt herzustellen. Diesem Stand der Technik ist auch entnehmbar, aus welchen Gründer der Steckverbinder geschirmt ist. Alternativ dazu ist die Erfindung aber auch bei Steckverbindern einsetzbar, die schon. fertig konfektio¬ niert sind. Bezugszeichenliste:

1. Überwurfmutter 1.1 Ringsegmentlamellen 1.2 Federring 1.3 Vorsprünge 1.3.1 Kontaktstellen 1.3.2 und 1.3.: 3 Übergangsflächen 1.4 umlaufend geschlossener Bund 2. Überwurfmutter 3. Federkorb 3.1 Lamellen 3.2 und 3.3 Federringe 3.4 und 3.5 Vorsprünge 4. Federkorb 4.1 , 4.2 und 4..3 Lamellen 4.4, 4.5, 4.6 und 4.7 Federringe 4.8, 4.9 und 4..10 Vorsprünge