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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Buchse einer Steckverbindung, in die ein Verbindungsstecker entlang einer Einschubrichtung einschiebbar ist, wobei die Buchse mit mindestens einem Kühlkörper verbunden ist und eine Kavität besitzt, die von einer Öffnung und Seitenwandungen begrenzt ist und in der der Verbindungsstecker im montierten Zustand der Steckverbindung ruht.
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Derartige Buchsen sind für diverse Zweckbestimmungen aus dem Stand der Technik bekannt und erlauben insbesondere im Rahmen von Netzwerkverbindungen eine effektive kabelgebundene Übertragung von elektrischen und/oder optischen Signalen. Bei modernen Netzwerkverbindungen nimmt die Leistung und somit die Datenübertragung solcher Steckverbindungen stetig zu, womit auch die Anforderungen an eine effektive Wärmeabfuhr steigen, um eine störungsfreie Datenübertragung und somit eine stabile Netzwerkverbindung zu gewährleisten.
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Aus
US 2020 / 0 301 076 A1 ist beispielsweise eine Steckverbindung mit einer gattungsgemäßen Buchse bekannt, die dort als SFP-Cage (Small Form-factor Pluggable-Cage) zur Aufnahme eines SFP-Moduls (Small Form-factor Pluggable-Modul) ausgebildet ist. SFP ist eine Spezifikation einer Generation von modularen optischen oder elektrischen Transceivern. Diese Geräte sind als Verbindungsstecker für schnelles Ethernet, Fiber Channel oder SONET bekannt. Um die beim Datenaustausch entstehende Wärme abzuführen, werden in
US 2020 / 0 301 076 A1 Blattfedern und flexible wärmeleitfähige Kissen vorgeschlagen, die eine flächige Anlage zwischen dem Verbindungsstecker und einem Kühlkörper schaffen sollen. Die beschriebene Steckverbindung ist mit den Blattfedern und den flexiblen wärmeleitfähigen Kissen jedoch komplex aufgebaut, was zu hohen Montagekosten führt. Ferner reicht die mögliche Wärmeabfuhr konstruktionsbedingt nicht aus, um bei modernen Netzwerkverbindungen eine ausreichende Wärmeabfuhr zu schaffen, weshalb sich diese Steckverbindung in der Praxis als verbesserungsbedürftig herausgestellt hat.
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DE 10 2017 204 939 A1 offenbart einen elektrischen Verbinder, umfassend ein Gehäuse, ein in dem Gehäuse aufgenommenes elektrisches Kontaktelement und eine Wärmebrücke, die eine mit dem elektrischen Kontaktelement thermisch verbundene Wärmeaufnahmefläche und eine außerhalb des Verbinders zugängliche, vom Kontaktelement elektrisch isolierte Wärmeübertragungsfläche aufweist. Vorzugsweise weist der elektrische Verbinder ein Anpresselement auf, durch das in einem montierten Zustand ein Anpressdruck zwischen dem elektrischen Kontaktelement, der Wärmebrücke und/oder dem Gehäuse erzeugt ist.
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US 4 971 570 A offenbart einen Keilspanner, der wärmeleitfähig ausgebildet ist und eine Platine innerhalb einer Wärmesenke klemmend einspannt.
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Von
US 2020 / 0 301 076 A1 ausgehend ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile des Standes der Technik zu beheben. Insbesondere soll eine Buchse einer Steckverbindung vorgeschlagen werden, die einfach aufgebaut ist, kostenschonend montierbar ist und eine zuverlässige sowie ausreichende Wärmeabfuhr erlaubt.
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Diese Aufgabe wird durch die Buchse nach Anspruch 1 gelöst. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Kühlkörper einen Keilspanner aufnimmt, der im montierten Zustand der Steckverbindung eine Anlage zum Verbindungsstecker schafft. Ein solcher Keilspanner besitzt eine oder mehrere Klemmbacken und verspannt den Verbindungsstecker im montierten Zustand innerhalb der Buchse und bildet dabei eine unmittelbare und großflächige Anlage zwischen dem Verbindungsstecker und dem Kühlkörper. Hierdurch ergibt sich ein thermischer Übergang, so dass die am Verbindungsstecker entstehende Wärme passiv und ohne eine zusätzliche aktive Kühlung effektiv abgeführt wird. Darüber hinaus liefert der Keilspanner eine zusätzliche Fixierung des Verbindungssteckers innerhalb der Buchse, so dass sich darüber hinaus ein erschütterungsstabiler Kontakt zwischen der Buchse und dem Verbindungsstecker ergibt.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend und in den Unteransprüchen angegeben.
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Im Rahmen einer ersten vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Keilspanner einen Gleitkeil und einen Presskeil besitzt, die an korrespondierend ausgebildeten Keilflächen einander anliegen. Der Keilspanner besitzt somit zwei Klemmbacken, wobei eine Klemmbacke als Gleitkeil und eine Klemmbacke als Presskeil ausgebildet ist. Der Gleitkeil weist vorzugsweise eine der Keilfläche gegenüberliegende Gleitfläche auf, die zumindest abschnittsweise als Anlagefläche zum Kühlkörper ausgebildet ist. In vergleichbarer Weise ist vorzugsweise vorgesehen, dass der Presskeil eine der Keilfläche gegenüberliegende Anlagefläche aufweist, die zumindest abschnittsweise als Anlagefläche zum Verbindungsstecker ausgebildet ist. Im montierten Zustand ist vorzugsweise vorgesehen, dass die Gleitfläche des Gleitkeils parallel zur Anlagefläche des Presskeils ausgerichtet ist. Gegenüber den parallel ausgerichteten Anlageflächen weisen die korrespondierend ausgebildeten Keilflächen des Gleitkeils und des Presskeils insbesondere einen Winkel von 3° bis 7°, vorzugsweise von 5° auf.
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Nach einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Keilspanner innerhalb einer Ausnehmung des Kühlkörpers ruht, wobei der Gleitkeil parallel zur Einschubrichtung und der Presskeil orthogonal zur Einschubrichtung schiebbeweglich innerhalb der Ausnehmung des Kühlkörpers gelagert sind, so dass der Keilspanner durch eine Schiebbewegung des Gleitkeils von einer den Verbindungsstecker einspannende Stellung in eine den Verbindungsstecker freigebende Stellung bringbar ist. Mit anderen Worten, der Gleitkeil lässt sich innerhalb der Ausnehmung des Kühlkörpers bewegen, wobei die Bewegungsrichtung parallel zur Einschubrichtung des Verbindungssteckers ausgerichtet ist. Durch die Anlage des Presskeils am Gleitkeil über korrespondierend ausgebildete Keilflächen bewirkt eine Verschiebung des Gleitkeils eine hierzu orthogonale Verschiebung des Presskeils, wobei die Bewegungsrichtung des Presskeils auch orthogonal zur Einschubrichtung und mithin orthogonal zu den Anlageflächen des Gleitkeils und des Presskeils ausgerichtet ist. Durch eine Verschiebung des Gleitkeils kann somit der Verbindungsstecker innerhalb der Buchse verspannt werden, wodurch sich eine großflächige Anlage ergibt, die einen thermischen Übergang zur passiven Wärmeabfuhr bildet.
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Damit der Presskeil im demontierten Zustand der Steckverbindung, also wenn der Verbindungsstecker aus der Buchse entnommen wurde, nicht aus der Ausnehmung des Kühlkörpers herausfällt, ist im Rahmen einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass die Anlagefläche des Presskeils zumindest abschnittsweise an einer Seitenwandung der Kavität anliegt, so dass der Presskeil verliersicher innerhalb der Ausnehmung des Kühlkörpers angeordnet ist.
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Zum Verschieben des Gleitkeils ist vorzugsweise ein Aktuator vorgesehen, der den Kühlkörper durchgreift und mit dem Gleitkeil verbunden ist. Vorzugsweise ist der Aktuator als Bolzen ausgestaltet, der eine Bohrung des Kühlkörpers durchgreift, die sich von einer Stirnseite bis zur Ausnehmung erstreckt, in der der Keilspanner aufgenommen ist. Vorzugsweise ist dabei vorgesehen, dass der Aktuator durch eine Feder, insbesondere eine Druckfeder, federbelastet ist und der Keilspanner gegen die Kraft der Feder von der den Verbindungsstecker einspannende Stellung in die den Verbindungsstecker freigebende Stellung bringbar ist. Zum Herstellen einer Steckverbindung muss daher der Aktuator zunächst gegen die Kraft der Feder betätigt werden, so dass der Keilspanner eine Stellung einnimmt, die das Einführen des Steckverbinders entlang der Einschubrichtung freigibt und erlaubt. Sobald der Verbindungsstecker vollständig in die Kavität der Buchse eingeführt ist, wird der Aktuator freigegeben, so dass der Keilspanner durch die Kraft der Feder in die den Verbindungsstecker einspannende Stellung gebracht wird, indem der Gleitkeil den Presskeil orthogonal zur Einschubrichtung verschiebt und mit seiner Anlagefläche auf den Verbindungsstecker presst. Hieraus ergibt sich der thermische Übergang und die am Verbindungsstecker entstehende Wärme kann effektiv abgeführt werden.
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Im Rahmen einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Buchse auf einer Platine montiert ist, die eine Schnittstelle zur Datenübertragung trägt.
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Ebenfalls ist vorzugsweise vorgesehen, dass der Kühlkörper und der Keilspanner aus einem wärmeleitenden Material, insbesondere aus Aluminium, gefertigt sind, was den Wirkungsgrad der Wärmeübertragung erhöht.
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Vorzugsweise ist die Buchse als SFP-Cage (Small Form-factor Pluggable-Cage) und der Verbindungsstecker als SFP-Modul (Small Form-factor Pluggable-Modul) ausgebildet.
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Konkrete Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend mit Bezug auf die Figuren erläutert. Es zeigen:
- 1a eine Explosionsdarstellung einer Buchse mit einem Kühlkörper und einem Keilspanner,
- 1 b eine erste Querschnittsansicht einer Buchse mit einem Kühlkörper und einem Keilspanner,
- 2 eine zweite Querschnittsansicht einer Buchse mit einem Kühlkörper und einem Keilspanner,
- 3 eine Explosionsdarstellung einer Steckverbindung mit einem Verbindungsstecker und einer Buchse mit einem Kühlkörper und einem Keilspanner,
- 4 eine montierte Steckverbindung mit einem Verbindungsstecker, einer Buchse, einem Kühlkörper und einem Keilspanner und
- 5 eine perspektivische Ansicht eines Kühlkörpers.
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Eine konkrete Ausführungsform der Erfindung ist in den 1a, b dargestellt, wobei 1a eine Explosionsdarstellung einer Buchse 1 mit einem Kühlkörper 2 und einem Keilspanner 3 und 1b den montierten Zustand zeigt.
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Die Buchse 1 weist eine Kavität 4 auf, die von einer Öffnung 5 und Seitenwandungen 6 begrenzt ist, wobei die Öffnung 5 zum Einführen eines in den 1a, b nicht gezeigten Verbindungssteckers in Einschubrichtung 7 ausgebildet ist.
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Die Buchse 1 ist auf einer Platine 8 montiert, die eine Schnittstelle 9 zur Datenübertragung trägt. An der Seitenwandung 6, die der Platine 8 gegenüberliegt, ist eine Ausnehmung 10 ausgebildet. Die Buchse 1 ist zumindest mittelbar mit dem Kühlkörper 2 verbunden, der im dargestellten Ausführungsbeispiel aus wärmeleitfähigem Aluminium gefertigt ist und eine Ausnehmung 11 aufweist, die der Buchse 1 zugewandt und zur Aufnahme des Keilspanners 3 ausgebildet ist. Ferner besitzt der Kühlkörper 2 eine Bohrung 12, die den Kühlkörper 2 von der Stirnseite 13 bis zur Ausnehmung 11 durchgreift. Der Keilspanner 3 besitzt zwei Klemmbacken, von denen eine als Gleitkeil 31 und eine als Presskeil 32 ausgebildet ist. Der Gleitkeil 31 ist mit einem Aktuator 14 verbunden, der im montierten Zustand die Bohrung 12 des Kühlkörpers 2 durchgreift. Der Gleitkeil 31 weist zudem eine Gleitfläche 15 auf, die als Anlagefläche zum Kühlkörper 2 ausgebildet ist. Auf der der Gleitfläche 15 des Gleitkeils 31 gegenüberliegenden Seite ist eine Keilfläche 16 des Gleitkeils 31 ausgebildet, die gegenüber der Gleitfläche um einen Keilwinkel α von 5° geneigt ist. Der Gleitkeil 31 ist durch eine Betätigung des Aktuators 14 innerhalb der Ausnehmung 11 des Kühlkörpers 2 in Pfeilrichtung a verschiebbar, wobei der Aktuator 14 durch eine Druckfeder 17 federbelastet ist, die zwischen der Stirnseite 13 des Kühlkörpers 2 und dem freien Ende des Aktuators 14 formschlüssig gelagert ist.
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Der Presskeil 32 besitzt eine Keilfläche 18, die korrespondierend zur Keilfläche 16 des Gleitkeils 31 ausgebildet ist und demnach einen korrespondierenden Keilwinkel α von 5° in Bezug auf die Gleitfläche 15 des Gleitkeils 31 aufweist. Auf der Seite des Presskeils 32, die der Keilfläche 18 gegenüberliegt, ist eine Anlagefläche 19 ausgebildet, die zwei Abschnitte 191, 192 bildet. Ein erster Abschnitt 191 der Anlagefläche 19 ist auf einem plateauartigen Vorsprung 20 ausgebildet, der die Ausnehmung 10 der Seitenwandung 6 der Kavität 4 durchgreift. Dieser erste Abschnitt 191 der Anlagefläche 19 ist zur Anlage mit einem in den 1a, b nicht gezeichneten Verbindungsstecker ausgebildet. Der zweite Abschnitt 192 der Anlagefläche 19 umringt den plateauartigen Vorsprung 20 und mithin den ersten Abschnitt 191 der Anlagefläche 19 zumindest abschnittsweise und ist als Anlagefläche zur Seitenwandung 6 der Buchse 1 ausgebildet. Hierdurch ist der Keilspanner 3 mit seinem Gleitkeil 31 und seinem Presskeil 32 im montierten Zustand verliersicher innerhalb der Ausnehmung 11 des Kühlkörpers 2 gelagert. Der Gleitkeil 31 und der Presskeil 32 liegen an ihren korrespondierenden Keilflächen 16, 18 aneinander an. Innerhalb der Ausnehmung 11 des Kühlkörpers 2 ist der Presskeil 32 in Pfeilrichtung b und mithin orthogonal zur Einschubrichtung 7 verschiebbar. Eine Verschiebung parallel zur Einschubrichtung 7 wird durch die Seitenflächen der Ausnehmung 11 des Kühlkörpers 2 blockiert.
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1b zeigt einen Zustand, bei dem die Druckfeder 17 entspannt ist. In diesem Zustand wird der Presskeil 32 durch den Gleitkeil 31 derart gehalten, dass der zweite Abschnitt 192 der Anlagefläche 19 an der Seitenwandung 6 der Kavität 4 anliegt und der plateauartige Vorsprung 20 mit dem ersten Abschnitt 191 der Anlagefläche 19 die Ausnehmung 10 der Seitenwandung 6 der Kavität 4 durchgreift.
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Um einen Verbindungsstecker in die Buchse 1 einzuführen, wird der Aktuator 14 gemäß 2 gegen die Kraft der Druckfeder 17 in Pfeilrichtung c verschoben, so dass sich der Gleitkörper 31 innerhalb der Ausnehmung 11 des Kühlkörpers 2 in Pfeilrichtung d verschiebt. Hierdurch löst sich die Gleitkeil 31 von der klemmenden Anlage zum Presskeil 32 und der Presskeil 32 lässt sich innerhalb der Ausnehmung 11 des Kühlkörpers 2 in Pfeilrichtung e und mithin orthogonal zur Anlagefläche 19 verschieben. In dieser Position kann der Verbindungsstecker 21 gemäß 3 in Einschubrichtung 7 in die Kavität 4 der Buchse 1 eingeführt werden, bis die in 4 gezeigte Position erreicht ist, bei der der Verbindungsstecker 21 vollständig in die Kavität 4 eingeführt und die Verbindung zur Datenübertragung hergestellt ist. Wird in dieser Position der Aktuator 14 freigegeben, verschiebt sich der Gleitkeil 31 durch die Kraft der Druckfeder 17 in Pfeilrichtung f und presst den Presskeil 32 somit in Pfeilrichtung g auf den Verbindungsstecker 21, so dass großflächige Anlagen jeweils zwischen Verbindungsstecker und Presskeil, Presskeil und Gleitkeil sowie Gleitkeil und Kühlkörper entstehen, was eine effektive und passive Wärmeabfuhr erlaubt.
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Zum Entnehmen des Verbindungssteckers 21 aus der Buchse 1 ist in umgekehrter Reigenfolge zu verfahren. Hierzu ist, von dem Zustand gemäß 4 ausgehend, der Aktuator 14 gegen die Kraft der Druckfeder 17 zu verschieben, so dass der Keilspanner 3 in eine Stellung gebracht wird, die den Verbindungsstecker 21 freigibt, der somit aus der Buchse 1 entgegen der Einschubrichtung 7 gezogen werden kann. Nach dem anschließenden Loslassen des Aktuators 14 entspannt sich die Druckfeder 17, so dass sich wiederrum der Zustand gemäß 1b einstellt. Das Herstellen und Trennen der Verbindung ist daher ohne weiteres reversibel.
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5 zeigt eine perspektivische Ansicht des Kühlkörpers 2, der im Wesentlichen quaderförmig ausgestaltet ist und die im wesentlichen quaderförmig Ausnehmung 11 besitzt, die zur Aufnahme des in 5 nicht gezeigten Keilspanners ausgebildet ist. Von der Stirnseite 13 erstreckt sich bis zur Ausnehmung 11 die Bohrung 12, die zur Aufnahme des in 5 nicht gezeigten Aktuators ausgestaltet ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Buchse
- 2
- Kühlkörper
- 3
- Keilspanner
- 31
- Gleitkeil
- 32
- Presskeil
- 4
- Kavität
- 5
- Öffnung
- 6
- Seitenwandung
- 7
- Einschubrichtung
- 8
- Platine
- 9
- Schnittstelle
- 10
- Ausnehmung (an der Seitenwandung)
- 11
- Ausnehmung (im Kühlkörper)
- 12
- Bohrung
- 13
- Stirnseite
- 14
- Aktuator
- 15
- Gleitfläche
- 16
- Keilfläche (des Gleitkeils)
- 17
- Druckfeder
- 18
- Keilfläche (des Presskeils)
- 19
- Anlagefläche (des Presskeils)
- 191
- erster Abschnitt (der Anlagefläche des Presskeils)
- 192
- zweiter Abschnitt (der Anlagefläche des Presskeils)
- 20
- Vorsprung
- 21
- Verbindungsstecker
- α
- Keilwinkel
- a - g
- Pfeilrichtungen
