Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein mit einer WLAN Ethernet Datenschnittstelle versehenes Modul eines Modulträgers. Die Erfindung betrifft dabei insbesondere außerdem eine für das Modul geeignete Antenne, sowie ein für einen Steckverbinder und/oder eine Elektrokupplung geeignetes Modul.

Steckverbindermodule werden benötigt um modulare Steckverbinder aufzubauen. Dabei beherbergen die Steckverbindermodule modulare Kontakteinsätze und mehrere, gleich- oder verschiedenartige Kontakteinsätze aufweisende Steckverbindermodule werden zu einem Steckverbinder vereinigt. Der Steckverbinder kann so mit einem hohen Grad an Flexibilität zusammengestellt und konfiguriert werden.

Steckverbindermodule werden dabei entweder direkt in ein Steckverbindergehäuse eingesetzt oder zuerst in einen Modulrahmen eingesetzt und fixiert. Der Modulrahmen wird dann mit den in ihm aufgenommenen Steckverbindermodulen in das Steckverbindergehäuse montiert.

Steckverbindermodule für modulare Steckverbinder sind in einer Vielzahl aus dem Stand der Technik bekannt. Sie variieren in Ihrer Größe, Anzahl von aufgenommenen Kontaktmitteln, Dimensionierung der Kontaktmittel und Art der Kontaktmittel. Je nach Ausgestaltung des Steckverbindermoduls sind diese für die Übertragung von zum Beispiel Signalen und Strömen digitaler, analoger, elektrischer, pneumatischer, mechanischer, optischer oder hydraulischer Art einsetzbar.

Mit zunehmender Digitalisierung wird es notwendig, eine stetig wachsende Informationsmenge zu übertragen. Schnittstellen für hochfrequente Signal- und Datenübertragung können durch Steckverbindungen realisiert werden, wie sie beispielsweise von Ethernet-Kabeln bekannt sind. Derartige Steckverbinder sind jedoch in vielen insbesondere industriellen Bereichen und im Outdoor-Bereich nicht geeignet, da sie durch unvermeidbare Verschmutzungen bei ihrem Einsatz sehr schnell funktionsunfähig würden.

Aus dem Stand der Technik ist daher beispielsweise bei einer Elektrokupplung für Eisenbahnen bekannt, die hochfrequente Datenübertragung mittels einer Funkverbindung von einem Wagen zum nächsten bzw. vom Triebwagen eines Zugteils zum Triebwagen eines zweiten Zugteils herzustellen.

Stand der Technik

Beispielsweise in der EP 3011 643 B1 ist ein Halterahmen für Steckverbindermodule beschrieben, in den mehrere, verschiedene Steckverbindermodule beliebig kombiniert eingesetzt werden können, um einen modular aufgebauten Steckverbinder bereitstellen zu können. Der Halterahmen hält die Steckverbindermodule zusammen und fixiert diese zueinander. Anschließend kann der Halterahmen in ein Steckverbindergehäuse eingesetzt und in diesem fixiert werden.

Der Steckverbinder kann mit einem passenden, ebenfalls modularen Gegensteckverbinder verbunden werden. Alternativ kann der Halterahmen als sogenannter Anbaurahmen an eine Gehäuse- oder Gerätewand eingesetzt und befestigt werden.

Mit dieser Art von modularen Steckverbindern ist eine Vielzahl individueller Steckverbinder kombinierbar und zusammenstellbar.

Es werden hierfür verschiedene, standardisierte Steckverbindermodule benötigt. Aus der EP 2616304 B1 ist eine Elektrokupplung für Eisenbahnen, mit einem ersten und einem zweiten Kupplungsteil bekannt, die jeweils einen Träger aufweisen, in dem mehrere Koppelteile angeordnet sind, mit denen eine elektrische, pneumatische und/oder hydraulische Kopplung von einem Kupplungsteil zum anderen Kupplungsteil hergestellt werden kann, wobei eine Hochfrequenzkopplung vorgesehen ist. Die Hochfrequenzkopplung ist durch eine Antenne in dem einen Kupplungsteil und eine Antenne in dem anderen Kupplungsteil gebildet, wobei die Hochfrequenzkopplung zwei miteinander zusammenwirkende Hochfrequenz-Kopplungsteile aufweist, die jeweils als Kunststoffkörper ausgeführt sind, der die Antenne vollständig umschließt.

Die als Loop-Antenne ausgeführte bekannte Hochfrequenzkopplung ist insbesondere als Ersatz von existierenden Schnittstellen für hochfrequente Signal- und Datenübertragung mittels Steckverbindungen auch bei Elektrokupplung für Eisenbahnen nur nachteilhaft aufwendig nachrüstbar und skalierbar.

Das Deutsche Patent- und Markenamt hat in der Prioritätsanmeldung zur vorliegenden Anmeldung den folgenden Stand der Technik recherchiert: US 2016 / 0 149305 A1.

Aufgabenstellung

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine für viele Anwendungen geeignete WLAN Ethernet Datenschnittstelle bereitzustellen, die insbesondere einfach installierbar und nachrüstbar ist. Hierbei ist außerdem Aufgabe insbesondere eine für die WLAN Ethernet Datenschnittstelle geeignete Antenne bereitzustellen. Die Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst.

Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und/oder der nachfolgenden Beschreibung angegeben.

Die Erfindung betrifft insbesondere eine Antenne für eine WLAN Ethernet Datenschnittstelle mit einer gedruckten Leiterplatte, auf der Elemente einer Nahfeldantenne als Leiterbahnen ausgebildet sind, und die derart ausgebildet ist, dass sie mit einer zweiten baugleichen Antenne bestimmungsgemäß derart zusammenwirkt, dass eine Hochgeschwindigkeits-Datenübertragung bereitgestellt ist.

Gedruckte Leiterplatten sind kostengünstig insbesondere auch in großen Stückzahlen herstellbar. Die Bereitstellung einer drahtlosen Datenschnittstelle mittels zweier baugleicher miteinander zusammenwirkender Schnittstellen ist herstellungstechnisch ebenfalls von Vorteil und ermöglicht eine einfache Installation in eine Vielzahl von Anwendungen.

Auf einer gedruckten Leiterplatte bereitgestellte Antennen sind auf Grund ihrer im wesentlichen zweidimensionalen Ausbildung außerdem besonders platzsparend und flexibel in Ihrer Anwendung.

Auf der ersten Seite der Leiterplatte der Antenne ist in einem ersten Bereich eine Signalleitung und eine erste und zweite Referenzmasse jeweils mittels geeignet ausgebildeter Leiterbahnen bereitgestellt. Im Anschluss an den ersten Bereich ist die Signalleitung geeigneterWeise in einem zweiten Bereich der Leiterplatte als planare Spule ausgebildet.

Der zweite Bereich der Leiterplatte umfasst dabei einen dritten Bereich zur Bereitstellung eines zur Datenübertragung geeigneten magnetischen Kopplungszustands einer ersten Antenne mit einer baugleichen zweiten Antenne, der besonders vorteilhaft derart ausgebildet ist, dass der magnetische Kopplungszustand mittels einer benachbarten Anordnung des dritten Bereichs der baugleichen ersten und zweiten Antenne bereitgestellt ist.

Die Antenne ist hierfür geeigneterWeise derart ausgebildet, dass der magnetische Kopplungszustand bereitgestellt ist, wenn die beiden benachbarten dritten Bereiche in einem geringen Abstand von 1 bis 10 mm und vorteilhaft etwa 2.5 mm angeordnet sind ohne sich dabei zu berühren.

Die Leiterbahnen auf der Leiterplatte sind dabei insbesondere mit der Signalleitung vorteilhaft derart ausgebildet, dass die beiden Antennen in dem Kopplungszustand jeweils um 180° zueinander gedreht sind. Auch diese Anordnung der Antennen ist besonders platzsparend.

Die Spule der Signalleitung ist hierfür geeigneter Weise als planare spiralförmige Rechteckspule mit wenigstens einer Windung ausgebildet und kann zur Bereitstellung einer wünschenswert zuverlässigen und leistungsfähigen Kopplung bevorzugt drei bis fünf Windungen aufweisen.

Die Ausbildung der Spule als Rechteckspule gestattet insbesondere eine Erzielung eines wünschenswerten magnetischen Kopplungszustands mittels benachbarter Anordnung jeweils lediglich ausgewählter Bereiche der Spulen der beiden Antennen. Auf diese Weise wird eine Bereitstellung des magnetischen Kopplungszustands platzsparend und einfach ermöglicht.

GeeigneterWeise ist der für die Kopplung vorgesehene dritte Bereich hierfür an einem Rand der Leiterplatte vorgesehen und umfasst dabei einen vorbestimmten zur Bereitstellung der magnetischen Kopplung vorgesehenen Bereich der Spule.

Die Spule ist hierfür geeigneterWeise derart ausgebildet, dass die Windungen der Spule jeweils wenigstens einen ersten Abschnitt parallel zu einer Längsrichtung der Leiterplatte aufweisen und wenigstens einen zweiten Abschnitt quer zu dem ersten Abschnitt aufweisen, wobei der an einem Rand der Leiterplatte vorgesehene dritte Bereich wenigstens einen zweiten Abschnitt und bevorzugt zwei oder drei zweite Abschnitte der Spule umfasst.

Für eine zur WLAN/Ethernet Kompatibilität wünschenswerte Impedanz im Bereich von 50 W eines Kabelanschlusses der Antenne erstreckt sich die Signalleitung ausgehend von einem an einem Rand der Leiterplatte angeordneten Kabelanschluss in dem ersten Bereich der Leiterplatte mittig zwischen einer ersten und zweiten Referenzmasse, die geeigneter Weise jeweils benachbart zu gegenüberliegenden längsseitigen Rändern der Leiterplatte angeordnet sind.

Die Leiterplatte mit den vorstehend genannten Rändern ist dabei geeigneter Weise rechteckig ausgebildet, wobei der dritte Bereich und der Kabelanschluss an jeweils gegenüberliegenden breitseitigen Rändern der Leiterplatte vorgesehen sind. Der Kabelanschluss ist geeigneter Weise zum Anschluss eines Koaxialkabels geeignet.

Auf der ersten Seite der Leiterplatte ist zur Bereitstellung einer geeigneten Impedanz des Kabelanschlusses der Antenne in dem ersten Bereich der Leiterplatte eine erste Breite der Signalleitung, ein Abstand der Signalleitung zu der ersten und zweiten Referenzmasse und eine Breite der Referenzmassen jeweils derart ausgebildet, dass der erste Bereich mit der Signalleitung und den Referenzmassen belegt ist. Geeigneter Weise weist die Signalleitung hierfür in dem ersten Bereich der Leiterplatte eine Breite auf, die etwa ihrem Abstand zu der ersten und zweiten Referenzmasse entspricht, wobei die Breite der Referenzmassen vorteilhaft etwa das 1.2 bis 2-Fache und besonders bevorzugt etwa das 1 5-Fache der Breite der Signalleitung entspricht. Die erste und zweite Referenzmasse sind dabei jeweils flächenhaft in Form eines sich in Längsrichtung der Leiterplatte erstreckenden Rechtecks ausgebildet .

Anders als in dem vorstehenden ersten Bereich ist die Signalleitung in dem zweiten Bereich der Leiterplatte für die Ausbildung einer geeigneten Spule mittels einer schmalen Leiterbahn mit einer Breite von 0.3 mm bis 0.8 mm und bevorzugt von etwa 0.5 mm ausgebildet.

Die ersten Abschnitte der Spule sind dabei geeigneter Weise jeweils in einem ersten Abstand von 0.1 mm bis 0.5 mm und bevorzugt von 0.3 mm angeordnet. Die zweiten Abschnitte der Spule sind zur Bereitstellung einer wünschenswerten magnetischen Kopplung jeweils vorteilhaft in einem zweiten Abstand angeordnet, der das 2 bis 10- Fache und bevorzugt das 5-Fache des ersten Abstands beträgt.

Die Signalleitung erstreckt sich in dem zweiten Bereich geeigneter Weise mit den Windungen ihrer Spule spiralförmig bis zur Mitte der Spule und führt hieran anschließend auf eine gegenüberliegende zweite Seite der Leiterplatte. Die Signalleitung erstreckt sich auf der zweiten Seite in dem zweiten Bereich mittig bis in den ersten Bereich der Leiterplatte, der auf der zweiten Seite der Leiterplatte benachbart zu deren erstem Rand und dem Kabelanschluss zur Bereitstellung einer wünschenswerten Impedanz flächenhaft von einer dritten Referenzmasse belegt ist. Der zweite Bereich für die Impedanzanpassung kann in der Länge variieren ohne die Funktion zu beeinträchtigen. Bei dem ersten Bereich mit der Antenne sind Größe sowie Abstand zum zweiten Bereich jedoch funktionsentscheidend.

Die Antenne mit den vorstehend beschriebenen Merkmalen ist als Nahfeldantenne zur Kopplung in einem Bereich von 2 bis 3 cm ausgelegt. Die Antenne weist mit diesen Merkmalen am Kabelanschluss eine vorteilhafte Speisepunktimpedanz von 50 W auf und ist für einen Frequenzbereich von 5 GHz mit einer Übertragungsrate von 450 MBit/s ausgelegt. Die Antenne ist somit zur Bereitstellung einer Hochgeschwindigkeits-WLAN Ethernet Datenschnittstelle geeignet.

Für eine einfache Montage der Antenne weist die Leiterplatte in dem ersten Bereich benachbart zu dem Kabelanschluss eine erste und zweite durchgehende Bohrung auf, die sich jeweils durch die erste und dritte Referenzmasse und die zweite und dritte Referenzmasse erstrecken. Es ist klar, dass die vorstehenden auf der Leiterplatte vorgesehenen Referenzmassen elektrisch mit einer Referenzmasse des Kabelanschlusses in Verbindung stehen.

Die erste und zweite Bohrung sind dabei zusammen mit jeweils einem ersten und zweiten als Metallhülse ausgebildeten Abstandselement zur Montage der Antenne insbesondere in einem geeigneten Gehäuse vorgesehen, bei dem es sich erfindungsgemäß vorteilhaft um ein Modul insbesondere etwa eines Steckverbinders handeln kann.

Die Erfindung betrifft demnach insbesondere außerdem ein Modul mit integrierter WLAN Ethernet Datenschnittstelle mit einer geeigneten Antenne, das zum Einsatz in einen Modulträger und somit für viele Anwendungen geeignet ist. Die Antenne ist vorteilhaft derart in dem Modul angeordnet, dass sie um einen vorbestimmten Betrag aus einer Öffnung des Moduls herausragt, und dass mittels eines ersten Moduls mit einer ersten Antenne und eines um 180° gedrehten zweiten baugleichen Moduls mit einer zweiten Antenne, das in einer Ebene benachbart zu dem ersten Modul angeordnet ist, der magnetische Kopplungszustand der Antennen mittels einer benachbarten Anordnung der aus der Öffnung des Moduls herausragenden Bereiche der ersten und zweiten Antenne bereitgestellt ist.

Bei der Antenne des Moduls kann es sich geeigneterWeise um eine planare Antenne und insbesondere um eine vorstehend beschriebene erfindungsgemäße auf einer Leiterplatte bereitgestellte Antenne handeln, wobei der aus der Öffnung des Moduls herausragende Bereich der dritte Bereich der Antenne ist.

Die Antenne ist hierfür geeigneterWeise mit ihrer Leiterplatte von einem zentralen Bereich der Öffnung derart beabstandet in dem Modul angeordnet, dass die Antennen der Module insbesondere in ihrem Kopplungszustand jeweils parallel zu der Ebene der Module angeordnet sind. Die vorstehend beschriebenen dritten Bereiche der Antennen sind dabei benachbart zueinander in einem Abstand von 1 bis 10 mm und vorteilhaft von etwa 2.5 mm berührungslos angeordnet.

Das Modul weist für eine vorstehende Positionierung der Antenne in dem Modul ein hierfür geeignetes Gehäuse und ein Schirmungselement auf.

Das Schirmungselement besteht vorteilhaft aus Metall. Die Antenne ist geeigneter Weise über ihre Bohrungen durch die Referenzmassen und die Abstandselemente in dem Schirmungselement derart befestigt, dass die Referenzmassen der Antenne und eine Referenzmasse des Kabelanschlusses der Antenne elektrisch mit dem Schirmungselement verbunden sind.

Das Gehäuse des Moduls besteht geeigneter Weise aus Kunststoff und weist eine Innenkontur auf, die mit einer Außenkontur des Schirmungselements formschlüssig derart zusammenwirkt, dass das Schirmungselement in dem Gehäuse beherbergt und gehalten ist. Das Gehäuse weist geeigneter Weise eine Außenkontur auf, die mit einer Kontur des Modulträgers korrespondiert.

Für eine besonders genaue, zuverlässige und sichere Positionierung der Antenne in dem Modul und für einen besonders sicheren Einsatz des Moduls auch im Outdoor-Bereich weist das Modul ein Positionierungselement und/oder eine Schutzkappe auf, die nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen detailliert beschrieben sind.

Das vorstehend beschriebene Modul ist besonders geeignet zur Verwendung zusammen mit weiteren baugleichen Modulen und/oder weiteren Modulen in einem Steckverbinder, wobei der Modulträger ein mit dem Modul korrespondierender Halterahmen des Steckverbinders ist.

Ein Halterahmen eines Steckverbinders kann zur Aufnahme einer Vielzahl von Modulen ausgelegt sein, wonach der Halterahmen auch mehr als ein vorstehend beschriebenes Modul mit integrierter WLAN Ethernet Datenschnittstelle aufnehmen kann.

Mittels Vorsehung von mehr als einem derartigen Modul kann eine Datenübertragungsrate einer Hochgeschwindigkeits-WLAN Ethernet Datenübertragung auf einfache Weise skaliert werden. Mit drei Modulen, die jeweils für eine Datenübertragungsrate von 450 MBit/s ausgelegt sind, kann auf diese Weise eine Datenübertragungsrate von mehr als 1 GBit/s erzielt werden. GeeigneterWeise können die Module hierbei jeweils für einen Frequenzkanal eines Frequenzbands verwendet werden.

Das vorstehend beschriebene Modul ist außerdem besonders geeignet zur Verwendung zusammen mit weiteren baugleichen Modulen und/oder weiteren Modulen in einer Elektrokupplung eines Kupplungsteils einer Kupplung, die zwischen zwei miteinander verbundenen Zugabschnitten vorgesehen ist, wobei der Modulträger Bestandteil der Elektrokupplung ist.

Auch in der Elektrokupplung kann wie in einem Steckverbinder mehr als ein vorstehendes Modul vorgesehen sein, wonach mittels dem Modul eine wünschenswerte Datenübertragungsrate auf einfache Weise skaliert werden kann.

Das vorstehend beschriebene Modul ist insbesondere als Ersatz von existierenden Schnittstellen für hochfrequente Signal- und Datenübertragung mittels Steckverbindungen auch bei Elektrokupplung für Eisenbahnen geeignet und dabei auf einfache Weise nachrüstbar und skalierbar.

Weitere Merkmale und Vorteile insbesondere des vorstehend beschriebenen Moduls sind nachfolgend unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben.

Ausführungsbeispiele

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 A eine Antenne nach einer Ausführung der Erfindung im Kopplungszustand mit einer zweiten Antenne;

Fig. 1 B die Spulen der Antennen von Fig. 1 A aus einer anderen Perspektive;

Fig. 2 eine Explosionsdarstellung eines Moduls nach einer Ausführung der Erfindung zusammen mit einer vergrößerten Darstellung der Antenne des Moduls aus einer anderen Perspektive;

Fig. 3A zwei zusammengesetzte Module von Fig. 2 im Kopplungszustand ihrer Antennen;

Fig. 3B drei Module in einem Modulträger;

Fig. 4 eine vergrößerte Darstellung des Schirmungselements des Moduls von Fig. 2 aus einer anderen Perspektive mit der Antenne in das Schirmungselement eingesetzt;

Fig. 5A das Schirmungselement mit der Antenne eingesetzt in das Gehäuse des Moduls von Fig. 2;

Fig. 5B das Modul von Fig. 5A mit einer Schutzkappe versehen;

Fig. 6A zwei Module von Fig. 5B im Kopplungszustand ihrer Antennen;

Fig. 6B einen Längsschnitt durch die Module von Fig. 6A;

Fig. 7A zwei Zugabschnitte mit einer dazwischen angeordneten

Kupplung; und

Fig. 7B eine schematische Darstellung einer Elektrokupplung der Kupplung von Fig. 7A.

Die Figuren enthalten teilweise vereinfachte, schematische Darstellungen. Zum Teil werden für gleiche, aber gegebenenfalls nicht identische Elemente identische Bezugszeichen verwendet. Nicht alle Bezugszeichen sind in allen Zeichnungen angegeben. Verschiedene Ansichten gleicher Elemente können unterschiedlich skaliert sein.

Fig. 1A zeigt eine Antenne 1 nach einer Ausführung der Erfindung im Kopplungszustand mit einer zweiten baugleichen Antenne 1. Die Antenne 1 weist eine rechteckige Leiterplatte 10 mit einer Länge L10 und einer Breite B10 auf. An einem breitseitigen ersten Rand B1 der Leiterplatte 10 ist ein an dem Rand B1 mittig angeordneter Kabelanschluss 14 für ein Koaxialkabel vorgesehen, von dem ausgehend sich auf einer Seite S1 der Leiterplatte 10 eine Signalleitung 11 in Längsrichtung L der Leiterplatte 10 parallel zu den beiden längsseitigen Rändern der Leiterplatte 10 erstreckt.

Die Signalleitung 11 erstreckt sich in einem ersten Bereich 101 der Leiterplatte 10 mittig zwischen zwei Referenzmassen 12, die sich wie die Signalleitung 11 ebenfalls ausgehend von dem Kabelanschluss 14 in Längsrichtung L parallel zu den beiden längsseitigen Rändern der Leiterplatte 10 erstrecken. Die beiden Referenzmassen 12 sind dabei benachbart zu den beiden längsseitigen Rändern der Leiterplatte 10 angeordnet.

In dem ersten Bereich 101 ist eine erste Breite der Signalleitung 11 , ein Abstand der Signalleitung 11 von den Referenzmassen 12 und eine zweite Breite der Referenzmassen 12 jeweils derart ausgebildet, dass der erste Bereich 101 mit der Signalleitung 11 und den Referenzmassen 12 belegt ist. Die Signalleitung 11 weist in diesem Bereich eine Breite von etwa 3 mm und einen Abstand zu den Referenzmassen 12 von etwa 2 mm auf. Die Breite der Referenzmassen 12 ist größer als die Breite der Signalleitung 11 und entspricht etwa 4,5 mm. Insbesondere die Referenzmassen 12 sind dabei flächenhaft in Form eines sich in Längsrichtung L der Leiterplatte 10 erstreckenden Rechtecks ausgebildet.

Die Signalleitung ist 3mm breit, der Abstand zu den ersten und zweiten Referenzmassen ist 2mm und die Breite der Referenzmassen ist 4,3mm. Das alles, zusammen mit der Leiterplattendicke von ungefähr 1,6mm und einem Standard-Leiterplattenmaterial ergibt 50ohm Impedanz. Die Angabe von einzelnen der Aufgeführten Eigenschaften zueinander hat keine zielführende Impedanzangabe zur Folge. Benachbart zu dem Anschluss 14 weist die Leiterplatte 10 an den Referenzmassen 12 jeweils eine Bohrung auf, an der auf der Seite S1 der Leiterplatte 10 jeweils ein Abstandselement 13 angeordnet ist. Die Bohrungen und die Abstandselemente 13 sind zur Befestigung und Positionierung der Leiterplatte 10 insbesondere in einem nachfolgend beschriebenen Modul M vorgesehen.

Der vorstehend beschriebene erste Bereich 101 erstreckt sich in Längsrichtung L etwa bis zur Mitte der Leiterplatte 10. An den ersten Bereich 101 schließt dort ein zweiter Bereich 102 der Leiterplatte 10 an.

Es ist klar, dass die Signalleitung 11 und die Referenzmassen 12 jeweils als Leiterbahnen auf der Leiterplatte 10 ausgebildet sind, die in dem ersten Bereich 101 eine vorstehend beschriebene flächenhafte Ausdehnung aufweisen.

In dem zweiten Bereich 102 ist die Signalleitung 11 sehr viel schmäler als rechteckige, planare und spiralförmige Spule 11 ausgebildet, die bei dieser Ausführung der Antenne 1 vier Windungen aufweist. Die Windungen der Spule 11 weisen dabei jeweils erste 111 und zweite 112 Abschnitte auf, die senkrecht zueinander ausgebildet sind. Die Abschnitte 111 sind dabei jeweils parallel zueinander und zur Längsrichtung L der Leiterplatte 10 angeordnet.

Bei dieser Ausführung der Antenne 1 ist die Spule 11 derart ausgebildet, dass die ersten Abschnitte 111 der ersten Windung der Spule 11 benachbart zu den beiden gegenüberliegenden längsseitigen Rändern der Leiterplatte 10 angeordnet sind. Hierbei ist ein zweiter Abschnitt 112 der ersten Windung der Spule 11 parallel und benachbart zu dem dem Kabelanschluss 14 gegenüberliegenden Rand B2 der Leiterplatte 10 angeordnet.

Die Signalleitung 11 erstreckt sich ausgehend von ihrer vorstehend beschriebenen ersten Windung in dem zweiten Bereich 102 mit den Windungen ihrer Spule 11 spiralförmig bis zur Mitte der planaren spiralförmigen Spule 11 und führt hieran anschließend auf die andere Seite S2 der Leiterplatte 10. Auf der Seite S2 erstreckt sich die Signalleitung 11 in dem Bereich 102 mittig in Längsrichtung L bis in den ersten Bereich 101, der benachbart zu dem ersten Rand B1 der Leiterplatte 10 und dem Antennenanschluss 14 flächenhaft von einer dritten Referenzmasse 12 belegt ist. Der erste 101 und zweite 102 Bereich sind bei dieser Ausführung der Antenne 1 geeigneterWeise etwa gleich groß.

Die beiden Antennen 1 von Fig. 1A sind wie vorstehend gesagt in ihrem Kopplungszustand angeordnet und dabei jeweils mit ihrem dem Kabelanschluss 14 gegenüberliegenden Bereich 103 benachbart übereinander angeordnet. Dabei sind jeweils deren erste Seiten S1 mit den Spulen 11 benachbart zueinander angeordnet und die Antennen 1 quer zur Längsrichtung L um 180° zueinander gedreht. GeeigneterWeise sind die Antennen 1 dabei ohne sich zu berühren in einem möglichst geringen Abstand angeordnet, der beispielsweise etwa der Dicke ihrer Leiterplatte 10 entsprechen kann. Bei den Leiterplatten 10 kann es sich geeigneter Weise um Standardleiterplatten mit einer Dicke von 1.6 mm handeln.

Fig. 1B zeigt hierzu die Spulen 11 der Antennen 1 von Fig. 1A aus einer anderen Perspektive mit den benachbart übereinander angeordneten Spulen 11 , die jeweils die ersten 111 und zweiten 112 Windungsabschnitte aufweisen, wobei bei dieser Ausführung der Antenne 1 insbesondere jeweils zwei zweite Windungsabschnitte 112 derart angeordnet sind, dass insbesondere eine magnetische Kopplung bereitgestellt ist.

Geeigneter Weise ist hierfür die Signalleitung 11 der Spule 11 mittels einer Leiterbahn mit einer Breite von 0.3 mm bis 0.8 mm und bevorzugt von etwa 0.5 mm gebildet. Die ersten Abschnitte 111 sind hierbei geeigneter Weise jeweils in einem Abstand von 0.1 mm bis 0.5 mm und bevorzugt von etwa 0.3 mm angeordnet, während der Abstand der zweiten Abschnitte 112 insbesondere in dem für die Kopplung interessierenden Bereich 103 vergleichsweise größer ist und bevorzugt etwa das 5-Fache des Abstands der ersten Abschnitte 111 beträgt. Bei dieser Ausführung beträgt der Abstand der zweiten Abschnitte 112 geeigneter Weise etwa 1.5 mm.

Der Abstand der Leiterbahnen im Bereich 112 beträgt ca. 1,5mm und ist damit ca. 5 mal größer als der Abstand im Bereich 111 (der 0,28mm beträgt). Die Leiterbahnbreite beträgt 0,52mm.

Der Bereich 103 ist bei dieser Ausführung der Erfindung beispielhaft derart ausgelegt, dass ein für eine hochfrequente Übertragung geeigneter magnetischer Kopplungszustand der Antennen 1 mit jeweils zwei benachbart zueinander angeordneten zweiten Abschnitten 112 der Spule 11 bereitgestellt ist, nämlich mittels eines zweiten Abschnitts 112 der ersten Windung der Spule 11 und eines zu diesem Abschnitt 112 benachbarten zweiten Abschnitts 112 der zu der ersten Windung der Spule 11 benachbarten Windung. Es ist klar, dass der Bereich 103 auch vorteilhaft derart ausgelegt sein kann, dass ein für eine hochfrequente Übertragung geeigneter Kopplungszustand der Antennen 1 mittels mehr als zwei benachbart zueinander angeordneter zweiter Abschnitte 112 der Spule 11 bereitgestellt ist.

Die Antenne 1 mit den vorstehend beschriebenen Merkmalen ist als Nahfeldantenne zur Kopplung in einem Bereich von 2 bis 3 cm ausgelegt und für eine Hochgeschwindigkeits-WLAN Ethernet Datenschnittstelle geeignet. Die Antenne 1 mit diesen Merkmalen weist dabei eine Impedanz ihres Kabelanschlusses von 50 W auf und ist für einen Frequenzbereich von 5 GHz mit einer Übertragungsrate von 450 MBit/s ausgelegt. Eine vorstehende Antenne 1 ist besonders geeignet zur Integration in ein nachfolgend beschriebenes Modul M.

Fig. 2 zeigt eine Explosionsdarstellung eines Moduls M nach einer Ausführung der Erfindung mit einem Modulgehäuse 3, einem Schirmungselement 2, einer Antenne 1 und einem Positionierungselement 4.

Die Leiterplatte 10 der Antenne 1 ist in der Explosionsdarstellung lediglich schematisch dargestellt, weshalb die Antenne 1 außerdem mit ihrer Leiterplatte 10, ihrem Kabelanschluss 14 und den beiden Abstandselementen 13 bestimmungsgemäß zusammengesetzt aus einer anderen Perspektive vergrößert dargestellt. Die Ausführung der Antenne 1 von Fig. 2 entspricht im Wesentlichen der vorstehend beschriebenen Ausführung der Antenne 1 von Fig. 1A, weshalb diesbezüglich auf deren entsprechende Beschreibung verwiesen wird.

Im Unterschied zu der Ausführung von Fig. 1A ist die Spule 11 schmaler ausgebildet, und die beiden längsseitigen Ränder der Leiterplatte 10 weisen insbesondere in dem Bereich 103 jeweils eine Abstufung auf, wonach der Bereich 103 der Leiterplatte 10 entsprechend verjüngt ausgebildet ist. Die vorstehende Verjüngung ist in der Explosionsdarstellung mit der schematischen Leiterplatte 10 der Einfachheit halber nicht dargestellt ist.

Das Modul M ist mit seinem Gehäuse 3 für einen geeigneten Modulträger 6 vorgesehen und entsprechend ausgebildet. Der Modulträger 6 kann insbesondere ein Halterahmen 6 insbesondere eines Steckverbinders sein. Das Gehäuse 3 weist hierfür eine mit dem Halterahmen 6 formschlüssig korrespondierende Außenkontur mit geeigneten Rast- und Halteelementen auf. Das zusammengesetzte in den Halterahmen 6 eingesetzte Modul M wird nachfolgend unter Bezugnahme auf Fig. 3B beschrieben.

Das Gehäuse 3 weist eine Öffnung 30 und eine Innenkontur auf, die mit der Außenkontur des Schirmungselements 2 formschlüssig derart zusammenwirkt, dass das über die Öffnung 30 in das Gehäuse 3 eingeführte Schirmungselement 2 bestimmungsgemäß in dem Gehäuse 3 beherbergt und gehalten ist. Das Gehäuse 3 besteht geeigneter Weise aus Kunststoff.

Das Schirmungselement 2 besteht geeigneterWeise aus Metall und weist wie vorstehend gesagt eine mit der Innenkontur des Gehäuses 3 formschlüssige Außenkontur auf. Das Schirmungselement 2 stellt für die Aufnahme und Beherbergung der Antenne 1 in das Modul M ein geeignetes Trägerelement bereit.

Das Schirmungselement 2 weist hierfür eine Öffnung 20 und zwei Gewindebohrungen 22 auf, die mit den an den Bohrungen der Leiterplatte 10 vorgesehenen Abstandselementen 13 derart korrespondieren, dass die Leiterplatte 10 einer über die Öffnung 20 in das Schirmungselement 2 eingeführten Antenne 1 mittels in den Zeichnungen nicht dargestellter, durch die Bohrungen der Leiterplatte 10 und die Abstandselemente 13 geführter Schrauben bestimmungsgemäß an den Gewindebohrungen und in dem Schirmungselement 2 positioniert und befestigt werden kann. Die Abstandselemente 13 sind hierfür geeigneter Weise als Metallhülsen ausgebildet, so dass dabei ein elektrischer Kontakt der Referenzmassen 12 der Antenne 1 und des Kabelanschlusses 14 mit dem Schirmungselement 2 bereitgestellt ist.

Es ist klar, dass das Schirmungselement 2 sowie das Gehäuse 3 außerdem jeweils eine gegenüber den Öffnungen 20 und 30 vorgesehene rückseitige Öffnung aufweisen, über die die vorstehend beschriebenen Schrauben sowie der Anschluss 14 für einen Kabelanschluss jeweils zugänglich sind. Der Anschluss 14 ist hierfür geeigneter Weise als SMA Schraubanschluss ausgebildet und somit insbesondere für ein Koaxialkabel geeignet.

Das Schirmungselement 2 ist an seiner Öffnung 20 außenseitig flanschartig mit zwei Gewindebohrungen 21 ausgebildet, die für eine Befestigung weiterer Elemente wie des Positionierungselements 4 und/oder einer nachfolgend unter Bezugnahme auf Fig. 5B beschriebenen Schutzkappe 5 geeignet sind.

Das Positionierungselement 4 stellt eine schienenartige Führung und Positionierung der Antenne 1 bereit und ist mit seinen beiden Ausnehmungen 42 zur Aufnahme der Leiterplatte 10 entsprechend ausgebildet. Das Positionierungselement 4 ist mit seinen beiden Bohrungen 41 zur Befestigung an dem flanschartigen Rand der Öffnung 20 des Schirmungselements 2 vorgesehen, und kann mit entsprechenden nicht dargestellten Schrauben über die Bohrungen 41 und die Gewindebohrungen 21 an dem Schirmungselement 2 bestimmungsgemäß befestigt werden.

Das Positionierungselement 4 weist außerdem einen abgewinkelten Bereich 43 mit einer Abmessung auf, die im Wesentlichen einer vorbestimmten Länge entspricht, mit der die Leiterplatte 10 der in dem Schirmungselement 2 montierten Antenne 1 insbesondere mit ihrem für die Kopplung vorgesehenen Bereich 103 aus der Öffnung 20 des Schirmungselements 2 herausragt. Die Abwinklung 43 ist dabei zum seitlichen Schutz der Leiterplatte 10 vorgesehen.

Die Abstandselemente 13 und das Positionierungselement 4 mit seinen Ausnehmungen 42 sind derart ausgelegt, dass die mit einem vorbestimmten für die Kopplung der Antenne 1 vorgesehenen Bereich 103 aus der Öffnung 20 aus dem Modul M herausragende Antenne 1 dabei azentrisch von einen mittleren Bereich der Module M beabstandet ist. Dieser Abstand ist derart ausgelegt, dass ein erstes Modul M und ein zweites baugleiches um 180° gedrehtes Modul M mit ihren aus den Modulen M herausragenden Antennen 1 in einen Kopplungszustand der Antennen 1 bringbar sind, der eine Hochgeschwindigkeits-WLAN Ethernet Datenübertragung gestattet.

Fig. 3A zeigt hierzu zwei zusammengesetzte Module M von Fig. 2 im Kopplungszustand ihrer Antennen 1, wobei in diesem Zustand die Bereiche 103 der Antennen 1 berührungslos benachbart zueinander angeordnet sind und auf zwei gegenüberliegenden Seiten von den abgewinkelten Bereichen 43 der Positionierungselemente 4 geschützt sind. In dieser Zeichnung sind außerdem die bereits vorstehend unter Bezugnahme auf Fig. 2 beschriebene rückseitige Öffnung des Gehäuses 3 mit dem zum Anschluss eines Kabels zugänglichen Kabelanschluss 14 dargestellt, der als SMA Anschluss mit einem Schraubanschluss versehen ist. Die jeweils um 180° zueinander gedrehten baugleichen Module M sind dabei in einer Ebene angeordnet.

Fig. 3B zeigt beispielhaft drei Module M in einem ersten Flalterahmen 6, der insbesondere für einen modularen Steckverbinder geeignet ist, und der zur Aufnahme von sechs Modulen ausgelegt ist. Der Flalterahmen 6 ist als Gelenkrahmen ausgelegt und in der Zeichnung vereinfacht schematisch dargestellt. Die Außenkontur der Module M korrespondiert derart mit Konturelementen des Flalterahmens 6, dass die Module M in dem Flalterahmen 6 fixiert sind.

Der Flalterahmen 6 kann weitere drei Module aufnehmen, die unterschiedlich ausgebildet sein können, und die für die Übertragung von zum Beispiel Signalen und Strömen digitaler, analoger, elektrischer, pneumatischer, mechanischer, optischer oder hydraulischer Art eingerichtet sein können.

Mittels Vorsehung von mehr als einem Modul M kann eine Datenübertragungsrate einer Hochgeschwindigkeits-WLAN Ethernet Datenübertragung auf einfache Weise skaliert werden. Mit den drei Modulen M, die jeweils für eine Datenübertragungsrate von 450 MBit/s ausgelegt sein können, kann auf diese Weise eine Datenübertragungsrate von mehr als 1 GBit/s erzielt werden. GeeigneterWeise werden die Module M hierbei jeweils für einen Frequenzkanal eines Frequenzbands verwendet.

Der Flalterahmen 6 kann bestimmungsgemäß in ein Gehäuse eines Steckverbinders eingesetzt und fixiert werden. Ein zweiter baugleicher Flalterahmen 6 kann um 180° gedreht an mit den Positionen der drei Module M korrespondierenden Positionen ebenfalls drei Module M halten, die mit den Modulen M korrespondieren und dabei für deren bestimmungsgemäße Kopplung entsprechend um 180° gedreht sind. Der zweite Flalterahmen 6 kann in ein mit dem Steckverbindergehäuse korrespondierendes Gehäuse eine Gegensteckverbinders eingesetzt und fixiert werden.

Die Module M sind derart korrespondierend mit den Flalterahmen 6 ausgelegt, dass die in dem ersten und zweiten Flalterahmen 6 fixierten Module M bei einer bestimmungsgemäßen Verbindung des Steckverbinders in dessen Steckrichtung S mit dem Gegensteckverbinder die vorstehend unter Bezugnahme von Fig. 3A beschriebene Position eines Kopplungszustands der Antennen 1 der Module M bereitgestellt ist. Die in Steckrichtung S aus den Modulen M herausragenden Bereiche 103 der Leiterplatten 10 sind hierbei mit den Spulen 11 zweier gegenüberliegend angeordneter korrespondierender Module M bestimmungsgemäß benachbart zueinander angeordnet und weisen dabei einen vorbestimmten geringen Abstand auf. Fig. 4 zeigt zum besseren Verständnis insbesondere des Moduls M eine vergrößerte Darstellung des Schirmungselements 2 des Moduls M von Fig. 2 aus einer anderen Perspektive. Die Antenne 1 von Fig. 2 ist bestimmungsgemäß in das Schirmungselement 2 eingesetzt, weshalb der Klarheit und Übersichtlichkeit halber die Antenne 1 ohne das Schirmungselement 2 in Zusammenschau ebenfalls in Fig. 4 erneut dargestellt ist.

Die Leiterplatte 10 der Antenne 1 ragt in Verbindungsrichtung S des Moduls M mit einem korrespondierenden baugleichen um 180° gedrehten zweiten Modul M um einen vorbestimmten Betrag L2 aus der Öffnung 20 des Schirmungselements 2 heraus, die von dem flanschartigen Rand mit den beiden Gewindebohrungen 21 umgeben ist. Die Leiterplatte 10 ragt außerdem mit ihrem der Öffnung 20 gegenüberliegenden Ende und ihrem Kabelanschluss 14 aus der rückseitigen Öffnung des Schirmungselements 2 heraus.

Benachbart zu dem Kabelanschluss 14 ist die Leiterplatte 10 mittels Schrauben an den Gewindebohrungen 22 des Schirmungselements 2 befestigt, wobei die Leiterplatte 10 über die Abstandselemente 13 bestimmungsgemäß von einem zentralen Bereich der Öffnung 20 beabstandet ist, der in der Zeichnung mit der strichpunktierten Linie dargestellt ist, die sich quer zu der Öffnung 20 und durch die Gewindebohrungen 21 erstreckt.

Die Antenne 1 ist dabei derart in dem Schirmungselement 2 angeordnet, dass ihre Leiterplatte 10 sich parallel zu der Verbindungsrichtung S des Moduls M erstreckt. Der vorstehend beschriebene Abstand von dem zentralen Bereich der Öffnung 20 ist derart vorbestimmt ausgewählt, dass die Leiterplatten 10 zweier in ihrem Kopplungszustand angeordneter Module M benachbart zueinander mit einem vorbestimmten geringfügigen Abstand angeordnet sind und sich dabei nicht berühren.

Es ist klar, dass die Verbindungsrichtung S der Module M zur Bereitstellung ihres Kopplungszustands der Steckrichtung S eines die Module M aufweisenden Steckverbinders entspricht. Die Module M sind mit ihren in den Schirmungselementen 2 positionierten Antennen 1 derart ausgelegt, dass die Leiterplatten 10 der Antennen 1 parallel zu der Verbindungsrichtung S bzw. Steckrichtung S und der Ebene der Module angeordnet sind.

Fig. 5A zeigt zum besseren Verständnis insbesondere des Moduls M eine vergrößerte Darstellung des Schirmungselements 2 mit der Antenne 1 eingesetzt in das Gehäuse 3 des Moduls M von Fig. 2. Das Schirmungselement 2 ragt zusammen mit der Leiterplatte 10 aus der rückseitigen Öffnung des Gehäuses 3 heraus. Lediglich ein oberer und unterer Rand des Gehäuses 3 überragt in Verbindungsrichtung S geringfügig den flanschartigen Rand der Öffnung 20 des Schirmungselements 2.

Fig. 5B zeigt das Modul M von Fig. 5A, dessen Öffnung 20 mit einer Schutzkappe 5 versehen ist. Die Schutzkappe 5 ist aus einem geeigneten Kunststoff bereitgestellt und weist eine vorteilhafte Doppelfunktion auf.

Zum einen schützt sie insbesondere den Bereich 103 der Antenne 1 vor Verunreinigung, und außerdem stabilisiert sie wie das Positionierungselement 4 die Leiterplatte 10 in ihrer Position. Hierfür ist die Schutzkappe 5 wie der Rand der Öffnung 20 ebenfalls flanschartig mit zwei Bohrungen 51 ausgebildet, die mit den Gewindebohrungen 21 des Schirmungselements 2 korrespondieren, wonach die Schutzkappe 5 mittels Schrauben an dem Modul M befestigt werden kann. Außerdem korrespondiert die Schutzkappe 5 hierfür in ihrer Form mit der aus der Öffnung 20 herausragenden Leiterplatte 10. Es ist klar, dass das Modul M auch eine derartige Schutzkappe 5 zusätzlich zu dem Positionierungselement 4 aufweisen kann. Es ist außerdem klar, dass auch die rückseitige Öffnung des Schirmungselements 2 unter Berücksichtigung der Zugänglichkeit des Kabelanschlusses 14 mit einer geeignet ausgebildeten weiteren Schutzkappe versehen sein kann. Es ist ebenfalls klar, dass ein mit der Schutzkappe 5 versehenes Modul M besonders für sensible Bereiche in der Industrie oder für den Outdoor-Bereich geeignet ist.

Fig. 6A zeigt zwei Module M von Fig. 5B im Kopplungszustand ihrer Antennen 1 und Fig. 6B zeigt einen Längsschnitt durch die Module M von Fig. 6A.

Fig. 6A entspricht mit den beiden in einer Ebene in Verbindungsrichtung S der Module M benachbart zueinander angeordneten Modulen M im wesentlichen Fig. 3A, weshalb hier diesbezüglich auf die vorstehende Beschreibung verwiesen wird.

Fig. 6B zeigt zunächst das formschlüssig in dem Gehäuse 3 angeordnete Schirmungselement 2. Fig. 6B zeigt insbesondere die Ausbildung der Schutzkappe 5, die mit ihrer Form die Leiterplatte 10 einschließt, wobei die Schutzkappe 5 korrespondierend mit der Leiterplatte 10 ausgebildet ist und von drei Seiten benachbart zu der Leiterplatte 10 angeordnet ist, d.h. benachbart zu der ersten S1 und zweiten S2 Seite und dem korrespondierenden stirnseitigen Rand B2 der Leiterplatte 10.

Die Module M sind dabei in ihrem Kopplungszustand derart angeordnet, dass die Schutzkappen 5 einen geringfügigen Abstand aufweisen und sich dabei nicht berühren. Der Abstand der Leiterplatten 10 quer zu der Verbindungsrichtung S liegt dabei in der Größenordnung der Dicke der Leiterplatten 10 und beträgt zwischen 1 bis 10 mm und vorteilhaft etwa 2.5 mm. Der Abstand der Antennenspulen im gekoppelten Zustand beträgt ca. 2,5mm. Ein kleinerer Abstand wäre vorteilhafter, lässt sich aufgrund der Bauform des Schirmungselements aber nicht einfach hersteilen.

Fig. 7A zeigt eine schematische Darstellung von zwei miteinander verbundenen Zugabschnitten mit einer dazwischen angeordneten Kupplung 70. Die beiden Zugabschnitte enthalten jeweils einen Triebwagen 7. Die Kupplung 70 verbindet die beiden Triebwagen 7 und umfasst dabei zwei Kupplungsteile, die jeweils eine mechanische Kupplung sowie eine Elektrokupplung 71 umfassen, die schematisch in Fig. 7B dargestellt ist.

Sowohl die mechanische Kupplung als auch die Elektrokupplung 71 sind bei modernen Zügen automatisiert betätigbar, um beim Koppeln von Triebwagen mehrerer Zugteile oder auch von Wagen eines Zugteils untereinander sowohl eine mechanische Verbindung herzustellen als auch zur Steuerung benötigte elektrische, hydraulische und/oder pneumatische Verbindungen bereitstellen. Zu diesem Zweck weist die Elektrokupplung 71 üblicherweise eine Vielzahl von Steckverbindungen auf.

In einen geeigneten Modulträger 6 der Elektrokupplung 71 ist mindestens ein vorstehend beschriebenes Modul M integriert, wonach beim Schließen der Kupplung 70 eine hochfrequente Datenübertragung bereitgestellt ist. Die Flochfrequenzkopplung erfolgt dabei durch die Module M, die jeweils in einem Kupplungsteil der Elektrokupplung 71 angeordnet sind.

Auch wenn in den Figuren verschiedene Aspekte oder Merkmale der Erfindung jeweils in Kombination gezeigt sind, ist für den Fachmann - soweit nicht anders angegeben - ersichtlich, dass die dargestellten und diskutierten Kombinationen nicht die einzig möglichen sind. Insbesondere können einander entsprechende Einheiten oder Merkmalskomplexe aus unterschiedlichen Ausführungsbeispielen miteinander ausgetauscht werden.

Bezugszeichenliste

Antenne, Nahfeldantenne Leiterplatte, PCB 1, 102, 103 Bereich

Signalleitung, Spule 1, 112 Abschnitt, Windungsabschnitt Referenzmasse

Abstandselement, Befestigungselement Anschluss, Kabelanschluss

Schirmungselement, Trägerelement Öffnung , 22 Gewindebohrung Modulgehäuse, Gehäuse Öffnung Positionierungselement Bohrung Ausnehmung, Nut Abwinklung

Abdeckung, Schutzkappe Bohrung

Modulträger, Halterahmen 7 Zugteil, Triebwagen

70 Kupplung

71 Elektrokupplung

M Modul

B 1 , B2 Rand

B10 Breite

L Längsrichtung

L10, L2 Länge, Betrag S Verbindungsrichtung, Steckrichtung

S1, S2 Seite