Die Erfindung betrifft einen Steckverbinder und insbesondere einen Steckverbinder, der eine Übertragung von Hochfrequenzsignalen mit einer Datenrate > 10 Gbit und einer Bandbreite > 500 MHz ermöglicht.

Aus der Norm IEC 61076-2-109 sind Steckverbinder bekannt, die zur Verbindung von Twisted-Pair-Kabeln mit vier Aderpaaren vorgesehen sind. Die Enden der insgesamt acht Adern der Twisted-Pair-Kabel sind hierzu mit jeweils einem Kontaktelement verbunden. Die acht Kontaktelemente sind in einem Isolator des dazugehörigen Steckverbinders integriert. Dabei bildet der Isolator vier einzelne Isolationssegmente aus, die jeweils zwei Kontaktelemente - ein Kontaktelementepaar - aufnehmen. Die Kontaktelementepaare sind mit den Enden jeweils eines Adernpaars des Twisted-Pair-Kabel verbunden. Der Isolator ist von einem metallischen Gehäuse umgeben, das als Schirmung für die darin angeordneten Kontaktelemente dient und zum anderen Befestigungsmittel in Form eines Gewindes, eines Bajonettverschlusses oder eines Schnappmechanismus aufweist, über das zwei komplementäre Steckverbinder zur Ausbildung einer Steckverbindung verbunden werden können.

Die bekannten, der IEC 61076-2-109 entsprechenden Steckverbinder eignen sich für die Übertragung von Hochfrequenzsignalen bis zu einer Datenrate von ca. 10 Gbit und einer Bandbreite von ca. 500 MHz.

Ausgehend von diesem Stand der Technik lag der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen verbesserten Steckverbinder anzugeben, der insbesondere für die Übertragung von Hochfrequenzsignalen mit einer Datenrate > 10 Gbit und einer Bandbreite > 500 MHz geeignet ist.

Diese Aufgabe wird durch einen Steckverbinder gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 1 gelöst. Eine Einheit aus einem erfindungsgemäßen Steckverbinder sowie einem Twisted-Pair-Kabel ist Gegenstand des nebengeordneten Patentanspruchs 11. Eine Steckverbindung aus zwei erfindungsgemäßen Steckverbindern ist Gegenstand des nebengeordneten Patentanspruchs 13. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Steckverbinders, der erfindungsgemäßen Einheit und der erfindungsgemäßen Steckverbindungen sind Gegenstand der jeweiligen abhängigen Patentansprüche.

Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, die Übertragungsfähigkeit eines gattungsgemäßen Steckverbinders, der mindestens vier, in einem Gehäuse angeordnete Kontaktelemente aufweist, die zur Übertragung von Hochfrequenzsignalen vorgesehen sind, wobei jeweils zwei Kontaktelemente ein Kontaktelementpaar ausbilden, das jeweils in einen Isolationskörper integriert ist, dadurch zu verbessern, dass die Isolationskörper Jeweils von einer Schirmung umgeben sind. Durch diese zusätzliche Schirmung der einzelnen Isolationskörper bzw. der in den Isolationskörpern aufgenommenen Kontaktelementepaare kann unerwünschtes Übersprechen zwischen den Kontaktelementepaaren sowie gegenüber einem gegebenenfalls vorhandenen Mittelkontakt verringert werden. Weiterhin kann die zusätzliche Schirmung dazu dienen, das Schirmverhalten gegenüber elektromagnetischen Störungen von außen und gegenüber benachbarten Leitungen zu verbessern.

Eine erfindungsgemäße Einheit umfasst einen erfindungsgemäßen Steckverbinder sowie ein („Twisted Pair"-) Kabel, das verdrillte Adernpaare aufweist, wobei deren Enden mit den Kontaktelementen jeweils eines Kontaktelementepaars verbunden sind.

Eine erfindungsgemäße Steckverbindung umfasst einen ersten sowie einen zweiten Steckverbinder, wobei in einem zusammengesteckten Zustand (der Steckverbindung) zumindest die Kontaktelemente der beiden Steckverbinder kontaktieren.

In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einheit kann vorgesehen sein, dass die Adernpaare - beispielsweise mittels einer Aluminiumfolie - geschirmt sind, wobei die Schirmung der Adernpaare mit der Schirmung des Steckverbinders elektrisch leitend verbunden ist. Derartige („Twisted Pair"-) Kabel werden auch als„Shielded Twisted Pair"- Kabel oder„Foiled Twisted Pair"-Kabel bezeichnet.

In einer weiterhin bevorzugten Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass bei dem Kabel der erfindungsgemäßen Einheit - gegebenenfalls zusätzlich zu einem alle Adernpaare umgebenden Summenschirm - die Adernpaare gegeneinander abgeschirmt sind, d.h. jedes der Adernpaare weist eine eigene Schirmung (z.B. wieder eine Umhüllung aus einer Aluminiumfolie) auf. Derartige ("Twisted Pair"-) Kabel werden auch als„Screened Shielded Twisted Pair"-Kabel oder„Screened Foiled Twisted Pair"-Kabel bezeichnet. Dabei kann besonders bevorzugt vorgesehen sein, dass die Schirmungen der einzelnen Adernpaare mit den jeweiligen Schirmungen der mit diesen verbundenen Kontaktelementepaare verbunden sind.

Um eine unterbrechungsfreie Schirmung der einzelnen Kontaktelementepaare einer erfindungsgemäßen Steckverbindung zu realisieren, kann vorzugsweise vorgesehen sein, dass die zwei Schirmungen der die Steckverbindung ausbildenden Steckverbinder jeweils mindestens eine Kontaktlasche ausbilden, die zur Kontaktierung der komplementären Kontaktlasche des Gegensteckverbinders ausgebildet ist. Dabei ist vorzugsweise vorgesehen, dass die Kontaktlasche gegenüber der Steckbewegungsrichtung (Richtung der Relativbewegung zwischen den beiden Steckverbindern beim Zusammenstecken) geneigt ausgerichtet ist. Bei einem Kontakt zwischen den beiden Kontaktlaschen wird zumindest eine der Kontaktlaschen (zumindest geringfügig) seitlich (bezüglich der Steckbewegungsrichtung) ausgelenkt. Dies kann zum einen einen Ausgleich von Toleranzen bezüglich der Relativlage der beiden Kontaktlaschen zueinander bewirken. Infolge des elastisch vorgespannten Kontakts zwischen den Kontaktlaschen kann zudem eine gute elektrische Kontaktierung erreicht werden.

In einer weiterhin bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Steckverbinders kann dieser weiterhin ein Kontaktteil umfassen, das zur Übertragung von elektrischer Versorgungsenergie vorgesehen ist.

Dabei kann vorzugsweise vorgesehen sein, dass das Kontaktteil als Koaxialkontaktteil mit einem Innenkontaktteil und einem das Innenkontaktteil umgebenden Außenkontaktteil ausgebildet ist. Dieses Koaxialkontaktteil kann dann vorzugsweise mit einem Koaxialleiter verbunden sein, der Bestandteil des Kabels einer erfindungsgemäßen Einheit ist. Alternativ zur Ausbildung des Kontaktteils als Koaxialkontaktteil kann dieses als einfacher, massiver Leiter ausgebildet sein.

Weiterhin kann vorgesehen sein, dass das Kontaktteil zentral innerhalb des Gehäuses angeordnet ist. Auch kann vorgesehen sein, dass die Kontaktelementepaare beziehungsweise die diese aufnehmenden Isolationskörper das Kontaktteil in einer ring- und insbesondere kreisförmigen Anordnung umgeben.

Dabei kann vorgesehen sein, dass die Isolationskörper jeweils im Querschnitt ein Ringsegment ausbilden, wobei zwischen zwei Isolationskörpern jeweils ein Schirmungsblech angeordnet ist. Vorzugsweise kann dann auch vorgesehen sein, dass jedes Schirmungsblech mindestens eine Kontaktlasche ausbildet, die für einen Kontakt mit einer komplementären Kontaktlasche eines Gegenkontaktsteckers vorgesehen ist. Weiterhin bevorzugt kann vorgesehen sein, dass sich zumindest einige, vorzugsweise alle der Schirmungsbleche auch in den Zwischenraum zwischen den Isolationskörpern und dem Kontaktteil erstrecken. Dies ermöglicht eine weitgehend unterbrechungsfreie Schirmung der einzelnen Isolationskörper, wobei besonders bevorzugt vorgesehen sein kann, dass jeweils zwei Schirmungsbleche und ein Abschnitt des Gehäuses eine (Rundum-)Schirmung für die einzelnen Isolationskörper ausbilden.

In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Steckverbindung kann vorgesehen sein, dass diese eine Kodierung aufweist, die ein Zusammenstecken des ersten und zweiten Steckverbinders in lediglich einer Ausrichtung zueinander zulässt. Hierzu kann der erste Steckverbinder der erfindungsgemäßen Steckverbindung beispielsweise einen Vorsprung oder eine Vertiefung aufweisen, in die eine komplementäre Vertiefung bzw. ein Vorsprung des Gegensteckverbinders eingreift, wobei dieses Eingreifen lediglich in einer (rotatorischen) Ausrichtung der beiden Steckverbinder zueinander möglich ist.

In einer weiterhin bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Steckverbindung kann vorgesehen sein, dass die Gehäuse, die Kontaktelemente, die Kontaktlaschen der Schirmungen und die Kontaktteile des ersten und des zweiten Steckverbinders so ausgebildet sind, dass bei einem Zusammenstecken der Steckverbindung zunächst die Gehäuse ineinandergreifen, insbesondere um die Steckverbinder zueinander zu zentrieren, dann die Kontaktteile kontaktieren, dann die Kontaktelemente kontaktieren und dann die Kontaktlaschen kontaktieren.

Der erfindungsgemäße Steckverbinder, die erfindungsgemäße Einheit und die erfindungsgemäße Steckverbindung eignen sich infolge der separaten Schirmung der die Kontaktelemente aufnehmenden Isolationskörper vorteilhaft zur Übertragung von Hochfrequenzsignalen mit einer Datenrate, die auch > 10 Gbit betragen kann, und/oder mit einer Bandbreite, die auch 500 MHz übersteigen kann. Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt:

Fig. 1 : eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Steckverbinders in Form eines Steckers in einer perspektivischen Ansicht;

Fig. 2: einen als Gegensteckverbinder zu dem Steckverbinder gemäß der

Fig. 1 vorgesehenen, erfindungsgemäßen Steckverbinder in Form eines Kupplers in einer perspektivischen Ansicht,

Fig. 3: eine Aufsicht auf das Steckinterface des Steckers gemäß der Fig.

1 ;

Fig. 4: eine Seitenansicht des Steckers gemäß den Fig. 1 und 3;

Fig. 5: einen Längsschnitt durch den Stecker gemäß den Fig. 1 , 3 und 4 entlang der Schnittebene V - V in der Fig. 3;

Fig. 6: eine Aufsicht auf das Steckinterface des Kupplers gemäß der Fig.

2;

Fig. 7: eine Seitenansicht des Kupplers gemäß den Fig. 2 und 6;

Fig. 8: einen Längsschnitt durch den Kuppler gemäß den Fig. 2, 6 und 7 entlang der Schnittebene VIII - VIII in der Fig. 6;

Fig. 9: einen Längsschnitt durch eine aus den beiden Steckverbindern gemäß den Fig. 1 bis 8 gebildete Steckverbindung in der zweiten Stufe eines fünfstufigen Zusammensteckprozesses;

Fig. 10: eine Aufsicht auf ein kabelseitiges Ende der Steckverbindung gemäß der Fig. 9 in einer dritten Stufe des Zusammensteckprozesses; Fig. 11 : einen Längsschnitt durch die Steckverbindung gemäß der Fig. 10 entlang der Schnittebene XI - XI in der Fig. 10;

Fig. 12: eine Vergrößerung des Details XII in der Fig. 11 ;

Fig. 13: eine Aufsicht auf die Steckverbindung gemäß den Fig. 9 bis 12 in einer fünften Stufe des Zusammensteckprozesses;

Fig. 14: einen Längsschnitt durch die Steckverbindung gemäß der Fig. 13 entlang der Schnittebene XIV - XIV in der Fig. 13;

Fig. 15: eine Vergrößerung des Details XV in der Fig. 14; und

Fig. 16: einen Längsschnitt durch die Steckverbindung gemäß der Fig. 13 entlang der Schnittebene XVI - XVI in der Fig. 13.

Die Fig. 1 und 3 bis 5 zeigen in verschiedenen Ansichten einen erfindungsgemäßen Steckverbinder in Form eines Steckers 1 in isolierter Darstellung, d.h. ohne den dazugehörigen komplementären Gegensteckverbinder. Dieser Gegensteckverbinder in Form eines Kupplers 2 ist isoliert in den Fig. 2 und 6 bis 8 in verschiedenen Ansichten dargestellt. Eine aus den beiden Steckverbindern ausgebildete Steckverbindung ist in den Fig. 9 bis 16 gezeigt.

Die Steckverbinder umfassen jeweils ein Gehäuse 3 aus einem elektrisch leitenden Werkstoff, insbesondere einem Metall (z.B. Stahl, Kupfer, etc.), wobei das Gehäuse 3 des Steckers 1 mehrteilig ausgebildet ist. Dieses umfasst ein im Wesentlichen zylindrisch ausgebildetes Innengehäuse 4, das auf seiner Außenseite einen ringförmigen Absatz 5 ausbildet, an dem sich einseitig eine Befestigungshülse 6 abstützen kann (vgl. Fig. 16). Die Befestigungshülse 6 weist auf seiner Innenseite ein Innengewinde 7 auf, das zum Verschrauben mit einem Außengewinde 8 des Gehäuses 3 des Kupplers 2 vorgesehen ist. Dadurch wird die aus den beiden Steckverbindern gebildete Steckverbindung u.a. gegen ungewolltes Lösen gesichert.

Innerhalb der Gehäuse 3 umfassen die Steckverbinder jeweils vier Isolationskörper 9 (z.B. aus einer Keramik oder einem nicht elektrisch leitenden Kunststoff), die jeweils im Querschnitt die Form eines Ringsegments aufweisen. In der hier dargestellten Ausführungsform sind die Isolationskörper 9 jeweils integraler Bestandteil eines einstückig ausgebildeten Isolators des Steckers 1 beziehungsweise des Kupplers 2. Jeder der Isolationskörper 9 weist zwei zueinander sowie zur Steckrichtung der beiden Steckverbinder parallel verlaufende Kanäle auf, wobei innerhalb jedes Kanals ein Kontaktelement 10 aus einem elektrisch leitenden Werkstoff (insbesondere einem Metall (z.B. Stahl, Kupfer, etc.) angeordnet ist. Die Kontaktelemente 10 sind dabei in Steckrichtung weitgehend unbeweglich angeordnet.

Bei dem Stecker 1 sind die Kontaktteile 10 in Form von Kontaktbuchsen ausgebildet. Diese dienen der Aufnahme von den in Form von Kontaktstiften ausgebildeten Kontaktelementen 10 des Kupplers 2.

Erfindungsgemäß ist jeder der Isolationskörper 9 des Steckers 1 sowie des Kupplers 2 mit einer separaten Schirmung versehen, die jeweils aus einem Abschnitt des jeweiligen Gehäuses 3 sowie (Abschnitten von) zwei Schirmungsblechen 11 gebildet wird. Die Schirmungsbleche 11 kontaktieren jeweils das Gehäuse 3 und weisen somit mit diesem dasselbe elektrische Potential auf. Die einzelnen Schirmungsbleche 11 der Steckverbinder umfassen jeweils einen ebenen Abschnitt 12, der sich radial zwischen zwei benachbarten Isolationskörpern 9 erstreckt und einen gekrümmten Abschnitt 13, der die radial innenliegende Seite eines dazugehörigen Isolationskörpers 9 abschirmt.

Die gekrümmten Abschnitte 13 der vier Schirmungsbleche 11 bilden einen Zylindermantel aus, der die Isolationskörper 9 gegenüber einem zentral innerhalb des Innengehäuses angeordneten Kontaktteil 14 abschirmt. Die ebenen Abschnitte 12 der Schirmungsbleche 11 , die sich in den zwischen jeweils zwei benachbarten Isolationskörpern 9 ausgebildeten Zwischenraum erstrecken, weisen jeweils eine Kontaktlasche 15 auf, die bogenförmig schräg bezüglich der Steckrichtung (diese entspricht der Längsachsen 16 der beiden Steckverbinder) verläuft. Über die Kontaktlaschen 15 wird eine elektrisch leitende Verbindung zwischen den Schirmungen des Steckers 1 und den Schirmungen des Kupplers 2 hergestellt (vgl. Fig. 15).

Der zentral innerhalb des Gehäuses 3 angeordnete Kontaktteil 14 ist bei dem Stecker 1 als Kontaktstift ausgebildet, der innerhalb eines weiteren Isolationskörpers 17 angeordnet ist, der diesen (elektrisch) gegenüber den gekrümmten Abschnitten 13 der Schirmungsbleche 11 isoliert. Im Gegensatz dazu ist der Kontaktteil 14 bei dem Kuppler 2 in Form einer Kontaktbuchse ausgeführt, die ebenfalls in einem zusätzlichen Isolationskörper 17 angeordnet ist, der die Kontaktbuchse gegenüber den gekrümmten Abschnitten 13 der Schirmungsbleche 11 abschirmt.

Einer der die Kontaktelemente 10 aufnehmenden Isolationskörper 9 des Steckers 1 weist eine Vertiefung 18 auf, in die ein komplementärer Vorsprung 19 eines Isolationskörpers 9 des Kupplers 2 eingreifen kann. Dadurch wird eine Kodierung geschaffen, die ein vollständiges Zusammenstecken der beiden Steckverbinder in lediglich einer Ausrichtung zueinander ermöglicht. Sofern unterschiedliche Steckverbindungen vorgesehen sind, bei denen sich die Vorsprung-Vertiefung-Paarungen der Steckverbinder hinsichtlich der Querschnittsgeometrie (einschließlich Querschnittsgröße) und/oder hinsichtlich der Positionierung innerhalb der Gehäuse der Steckverbinder unterscheiden, kann die Kodierung zusätzlich so ausgestaltet werden, dass nur funktional passende Steckverbinder zur Ausbildung einer Steckverbindung miteinander verbindbar sind.

Bei einem Zusammenstecken des Steckers 1 und des Kupplers 2 greift zunächst das steckseitige Ende des Innengehäuses 4 des Steckers 1 in die zentrale Öffnung des Gehäuses 3 des Kupplers 2 (erste Stufe des Zusammensteckprozesses). Dadurch wird eine Zentrierung der beiden Steckverbinder zueinander realisiert.

Bei einem Fortsetzen der Steckbewegung greift das steckseitige Ende des Isolationskörpers 17, der den als Kontaktbuchse ausgebildeten Kontaktteil 14 des Kupplers 2 umgibt, in den Zylindermantel, der von den gekrümmten Abschnitten 13 der vier Schirmungsbleche 11 ausgebildet wird, ein (zweite Stufe des Zusammensteckprozesses; vgl. Fig. 9). Auch dies sorgt für eine (weiter verbesserte) Zentrierung der beiden Steckverbinder zueinander.

Bei einem weiteren Fortsetzen der Steckbewegung greift dann der Vorsprung 19 des Kupplers 2 in die Vertiefung 18 des Steckers 1 ein (dritte Stufe des Zusammensteckprozesses; vgl. Fig. 11). Dies setzt jedoch voraus, dass die beiden Steckverbinder die richtige Ausrichtung zueinander haben. Sofern unterschiedlich kodierte Steckverbinder existieren, setzt dies zudem voraus, dass zwei funktional zusammengehörende Steckverbinder - Stecker 1 und Kuppler 2 - miteinander verbunden werden.

Bei einem weiteren Fortsetzen der Steckbewegung kontaktieren dann die Kontaktteile 14, d.h. der zentrale Kontaktstift des Steckers 1 greift in die zentrale Kontaktbuchse des Kupplers 2 ein.

Ein weiteres Fortsetzen der Steckbewegung führt dann zu einer Kontaktierung der Kontaktelemente 10 der beiden Steckverbinder, indem die Kontaktstifte des Kupplers 2 in die dazugehörigen Kontaktbuchsen des Steckers 1 eingreifen (vierte Stufe des Zusammensteckprozesses).

Durch ein weiteres Fortsetzen der Steckbewegung werden daraufhin noch die Kontaktlaschen 15 der Schirmungsbleche 11 der beiden Steckverbinder miteinander in Kontakt gebracht (fünfte Stufe des Zusammensteckprozesses; vgl. Fig. 14 und 15).

Sofern dann die Befestigungshülse 6 des Gehäuses 3 des Steckers 1 mit dem Gehäuse 3 des Kupplers 2 verschraubt wird, ist die Steckverbindung zusätzlich noch gegen ein ungewolltes Lösen gesichert. Gleichzeitig sorgt ein zwischen den Gehäusen 3 der Steckverbinder (konkret zwischen dem ringförmigen Absatz 5 des Gehäuses 3 des Steckers 1 und dem steckseitigen Ende des Gehäuses 3 des Kupplers 2) verspannter Dichtring 20 für eine Abdichtung der innerhalb der Gehäuse 3 angeordneten Funktionselemente gegenüber der Umgebung.

In einer alternativen, in den Zeichnungen nicht dargestellten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Steckverbinder (Stecker und/oder Kuppler) kann vorgesehen sein, dass die vier Schirmungsbleche 11 als einteiliger Schirmungskörper ausgebildet sind, der vorzugsweise kostengünstig als Gussbauteil und insbesondere als Zink-Druckgussbauteil hergestellt werden kann.

Da eine Integration von Kontaktlaschen 15 in ein solches Gussbauteil nur schwierig umsetzbar ist, kann alternativ vorgesehen sein, dass die Schirmungskörper von Stecker und Kuppler seitlich kontaktieren, indem z.B. jeweils ein Abschnitt der sich zwischen zwei benachbarte Isolationskörpern 9 erstreckenden ebenen Teile 12 der Schirmungskörper von Stecker und Kuppler überlappen. Selbstverständlich können alternativ oder zusätzlich auch die den zentralen Kontaktteil 14 umgebenden zylindrischen Teile der Schirmungskörper überlappen, z.B. indem diese entsprechend unterschiedliche Durchmesser aufweisen.

Im Übrigen können die Steckverbinder gemäß dieser alternativen Ausführungsform entsprechend der in den Zeichnungen dargestellten und beschrieben Ausführungsform ausgebildet sein.