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Diese Erfindung betrifft eine Koaxialverbinderanordnung.
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Eine übliche Anwendung für Koaxialverbinder mit einer Schaltfunktion findet man bei tragbaren
Funktelefonen. Tragbare Funktelefone weisen ihre eigenen Antennen auf, aber wenn sie an einer Halterung,
beispielsweise in einem Kraftfahrzeug, montiert sind, ist das tragbare Funktelefon mit einer Antenne im
Kraftfahrzeug verbunden. Die Verbindung des tragbaren Funktelefons mit einer Kraftfahrzeugantenne
erfordert einen Schalter während des Steckens des tragbaren Funktelefons an eine Halterung. Der
Antennenverbinder ist typischerweise ein Koaxialverbinder mit einem inneren Leiter, der konzentrisch
durch einen Erdungsleiter umgeben wird.
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Das US 4286335 beschreibt eine koaxiale Doppelantennenverbindungsanordnung für
Kommunikationsapparate. Der Koaxialverbinder weist einen Schalter auf.
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Das US 4580862 offenbart einen schwimmenden Koaxialverbinder. Der Steckverbinder umfaßt
ein Montageelement für das Montieren an eine Schalttafel. Der Steckerkörper schwimmt im
Montageelement.
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Ein Koaxialverbinder mit einem Außengehäuse und einem Körper, in dem ein Mittelstift montiert
ist, wird im GB 2128038 A offenbart. Eine kegelförmige Feder ist zwischen dem Körper und dem
Außengehäuse vorhanden, um zu gestatten, daß der Stift schwimmt.
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Ein weiteres Beispiel für eine Koaxialschaltverbinderanordnung wird in der Europäischen
Patentanmeldung 0685911-A1 gezeigt (siehe Oberbegriff des Patentanspruches 1). Die Schaltfunktion wird
durch Bereitstellung einer federbelasteten Buchse bewirkt, die konzentrisch um einen koaxialen
Mittelstiftleiter herum montiert ist und gegen eine Leiteranschlußfläche vorgespannt wird. Eine Trennung
zwischen dem Mittelstift und der Leiteranschlußfläche erfolgt während des Steckens des komplementären
Verbinders, was das konzentrische Buchsenelement niederdrückt.
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Eines der Probleme der letzteren Konstruktion und weiterer Koaxialverbinder ist, daß sie nicht so
ausgeführt sind, daß sie relativ große Toleranzen bei der Positionierung von Eingriffsteilen aufnehmen. Das
ist besonders bei Anwendungen wichtig, wie beispielsweise tragbaren Funktelefonen, wo im Vergleich zur
Verbindergröße die Positionierung des tragbaren Funktelefons in seiner Halterung (Gabel) bedeutend
variieren kann.
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Ein weiteres Problem ergibt sich aus dem häufigen Stecken und Herausziehen und in relativ
großen Stößen und Kräften, denen die Kontakte bei Anwendungen, wie beispielsweise tragbaren
Funktelefonen, ausgesetzt sind. Es wäre wünschenswert, eine Koaxialverbinderanschlußfläche
bereitzustellen, die eine hohe mechanische Inanspruchnahme und eine große Anzahl von
Verbindungszyklen in einer kompakten und kostenwirksamen Weise aushält.
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Ein Ziel dieser Erfindung ist die Bereitstellung einer Koaxialverbinderanordnung, die eine große
Anzahl von Steck/Herausziehzyklen in einer zuverlässigen Weise aushält. Es wäre vorteilhaft, eine
Koaxialverbinderanordnung bereitzustellen, die relativ große Toleranzen zwischen Eingriffsteilen tolerieren
kann. Es wäre vorteilhaft, eine Koaxialverbinderanordnung mit einer Schaltfunktion bereitzustellen, die
viele Verbindungs/Trennzyklen aushalten kann. Es wäre außerdem vorteilhaft, derartige
Verbinderanordnungen in einer kostenwirksamen, kompakten und robusten Weise bereitzustellen.
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Die Ziele dieser Erfindung wurden erreicht, indem die Koaxialverbinderanordnung nach
Patentanspruch 1 bereitgestellt wurde. Hierin wird eine Verbinderanordnung offenbart, die aufweist: einen
ersten Koaxialverbinder; und einen zweiten Koaxialverbinder, der damit in einer axialen Richtung in
Eingriff kommen kann, wobei jeder Verbinder einen Eingriffsabschnitt aufweist, der einen inneren Kontakt
aufweist, der durch einen äußeren Kontakt umgeben ist und davon durch ein Dielektrikum getrennt ist,
wobei der erste oder zweite Koaxialverbinder einen kegelförmigen, trichterartigen Einführungsabschnitt für
das Führen und Anordnen der Verbindereingriffsabschnitte des ersten und zweiten Koaxialverbinders
während des Zusammensteckens aufweist, worin der innere Kontakt des ersten Koaxialverbinders eine
Stiftform aufweist und in der axialen Richtung elastisch beweglich ist, und worin die Kontaktschenkel des
ersten Koaxialverbinders Oberflächenmontagekontaktanschlußflächen aufweisen und an den
gegenüberliegenden Enden des Verbinders positioniert sind.
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Ein weiteres bevorzugtes charakteristisches Merkmal ist die Bereitstellung des axial beweglichen
Mittelkontaktes des festen Verbinders, der an den Mittelkontakt des beweglichen Verbinders anstößt.
Letzterer verbessert den Widerstand gegen Stöße und gestattet eine zuverlässige Verbindung für viele
Steck/Herausziehzyklen. Ein Anstoßen von Fläche an Fläche der Mittelkontakte ermöglicht, daß die
Kontakte nur um ein geringes Maß aus den Eingriffsflächen des Dielektrikums heraus vorstehen, wodurch
das Risiko des Biegens oder eines anderweitigen Beschädigens der Mittelstiftkontakte verringert wird.
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Einer der Verbinder kann eine Feder aufweisen, die in einer radialen Richtung orthogonal zur
axialen Richtung elastisch ist, wobei die Feder zwischen dem Eingriffsabschnitt und einer Halterung für die
unbewegliche Befestigung an einer Vorrichtung so positioniert ist, daß der Verbinder in der radialen
Richtung mit Bezugnahme auf die Vorrichtung elastisch schwimmfähig ist. Die Feder kann außerdem in der
axialen Richtung für eine axiale elastische Bewegung des Verbinders elastisch sein.
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Vorteilhafterweise können daher große Toleranzen zwischen Eingriffsteilen für eine zuverlässige
Verbindung über viele Zyklen aufgenommen werden und verringern das Risiko der Beschädigung der
Eingriffsbauteile.
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Außerdem werden bevorzugte Aspekte der Erfindung aus der folgenden Beschreibung, den
Zeichnungen oder Patentansprüchen ersichtlich.
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Eine Ausführung dieser Erfindung wird jetzt als Beispiel mit Bezugnahme auf die Figur
beschrieben, die zeigen:
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Fig. 1 eine Schnittdarstellung durch eine Koaxialverbinderanordnung entsprechend dieser
Erfindung in einer Position genau vor dem Eingriff;
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Fig. 2 eine Darstellung gleich der in Fig. 1 von der Verbinderanordnung in der Position des
vollständigen Eingriffs;
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Fig. 3 eine Seitendraufsicht eines unbeweglichen Verbinders der Verbinderanordnung;
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Fig. 4 eine Schnittdarstellung längs der Linien 4-4 in Fig. 3;
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Fig. 5 eine Darstellung in der Richtung des Pfeiles 5 in Fig. 4;
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Fig. 6 eine detaillierte Draufsicht des Teils einer Leiterplatte, auf dem der Verbinder aus Fig. 3 bis
5 aufgenommen wird;
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Fig. 7 eine auseinandergezogene Schnittdarstellung durch einen beweglichen Verbinder der
Verbinderanordnung aus Fig. 1 und 2; und
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Fig. 8 eine Stirnseitendraufsicht des Teils des Verbinders aus Fig. 7.
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Mit Bezugnahme auf Fig. 1 und 2 weist eine Koaxialverbinderanordnung 2 einen ersten Verbinder
4 auf, der auf einer Leiterplatte 5 innerhalb einer Vorrichtung, wie beispielsweise eines tragbaren Telefons,
mit einem Außengehäuse 6 für die Aufnahme in einer Vorrichtung montiert ist, wie beispielsweise einer
Telefongabel 8, innerhalb der ein zweiter Verbinder 10 für einen Eingriff mit dem ersten Verbinder 4
montiert ist. Hierin nachfolgend wird der erste Verbinder 4 ebenfalls als der bewegliche Verbinder der
Vorrichtung und der zweite Verbinder 10 ebenfalls als der unbewegliche Verbinder der Vorrichtung
bezeichnet.
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Hauptsächlich mit Bezugnahme auf Fig. 1, 2, 7 und 8 weist der unbewegliche Verbinder 10 der
Vorrichtung auf: einen Eingriffsabschnitt 12; einen Montageabschnitt 14; und einen Verbindungsabschnitt
16. Der Verbindungsabschnitt 16 weist einen rohrförmigen Abschnitt 18 mit einem Durchgang 20 für das
Aufnehmen eines inneren leitenden Drahtes 22 auf, der durch ein Dielektrikum 24 eines Koaxialkabels 26
(beispielsweise Antenne) umgeben ist. Die äußere Fläche 28 des rohrförmigen Abschnittes 18 ist für das
Aufnehmen eines äußeren Leiters 30 des Kabels 26 darüber vorhanden. Der äußere Leiter 30 wird auf den
rohrförmigen Abschnitt durch Bereitstellung eines Metallringes 32 gecrimpt, der dort herum bereitgestellt
wird, und der während des Crimpvorganges plastisch verformt wird. Letzterer sichert einerseits einen guten
elektrischen Kontakt zwischen dem äußeren Leiter 30 und dem Verbindungsabschnitt und dient andererseits
als Zugentlastung für das sichere Halten des Kabels 26 am zweiten Verbinder 10. Wie in Fig. 1 gezeigt
wird, crimpt sich ein hinterer Abschnitt 33 des Sicherungsringes 32 um die äußere Isolierung des Kabels 26
herum. Der Verbindungsabschnitt 16 weist außerdem ein leitendes Gehäuse 34 auf, das mit dem
rohrförmigen Abschnitt 18 zusammenhängend ist und einen sich axial erstreckenden Durchgang 36
orthogonal zum rohrförmigen Abschnitt und in Verbindung mit dem Hohlraum 20 dieses für das
Aufnehmen des inneren Leiters aufweist. Der axiale Durchgang 36 ist mit einer Abschlußkappe 37 versehen,
die ein hinteres Ende des Durchganges verschließt, sobald das Kabel am zweiten Verbinder 10 montiert ist.
Insbesondere ermöglicht das offene Ende des Durchganges 36, daß der innere Leiter 22 des Kabels
beispielsweise an einen Verbindungsabschnitt 38 eines inneren Kontaktes 40 des Verbinders gelötet wird.
Eine dielektrische Kappe 42 kann außerdem für das Positionieren über den Verbindungsabschnitt 38 des
inneren Kontaktes vor dem Montieren der Abdeckkappe 37 bereitgestellt werden, um den inneren Kontakt
38 vom Außengehäuse und der Abdeckkappe 34, 37 zu trennen, die die Funktion des äußeren Leiters
durchführen.
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Der innere Kontakt 40 ist innerhalb eines Dielektrikums 44 montiert, das außerdem einen äußeren
Kontakt 46 konzentrisch dort herum trägt und sich in einer axialen Richtung A erstreckt. Der äußere
Kontakt 46 ist mit dem äußeren Leiter 34 des Verbindungsabschnittes mittels verformbarer Crimpnasen 48
des Verbindungsabschnittes elektrisch und mechanisch verbunden, die um einen Vorsprung 50 herum an
einem Verbindungsende des äußeren Kontaktes 46 gecrimpt sind. Das Dielektrikum 44 ist mit einem
Vorsprung 52 versehen, der zwischen Vorsprüngen des äußeren Leitergehäuses 34 und des äußeren
Kontaktes 46 für eine sichere Befestigung angeordnet ist.
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Der innere Kontakt 40 wird am Dielektrikum 44 mittels der Arretierwiderhaken 54 sicher gehalten,
die dort entlang in einer Preßpassung mit dem Dielektrikum 44 bereitgestellt werden. Ein Eingriffsende des
im wesentlichen zylindrisch geformten inneren Kontaktes 40 ist mit einer Aussparung 56 versehen, die bei
dieser Ausführung kegelförmig ausgeführt ist. Die Aussparung 56 bildet eine Kontaktfläche für das
Aufnehmen und Anordnen eines komplementären Stiftkontaktes 58 des beweglichen Verbinders 4 der
Vorrichtung beim elastischen axialen Anstoßens daran. Das Eingriffsende 57 des inneren Kontaktes 40 ist
mit Bezugnahme auf eine Eingriffsfläche 59 des Verbinders etwas ausgespart, obgleich es möglich ist, die
Position der dielektrischen Eingriffsfläche 59' zu variieren, wie am besten zu sehen ist, wenn man die etwas
abweichenden Ausführungen in Fig. 2 und 7 vergleicht. Letztere liefert einen zusätzlichen Schutz für den
inneren Kontakt und insbesondere die Kontaktfläche 56.
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Der äußere Kontakt 46 ist mit elastischen Kragträgerkontaktarmen 60 versehen, die sich vom
Eingriffsende 59 aus erstrecken, wobei ihre freien Enden 62 elastisch nach innen (d. h., radial zum inneren
Kontakt 40 hin) vorspannbar sind. Die freien Enden 62 sind mit Kontaktvorsprüngen 64 für ein elastisches
Berühren eines konzentrischen äußeren Kontaktes 66 des passenden beweglichen Verbinders 4 der
Vorrichtung versehen. Die elastischen Kragträger 60 werden dadurch gebildet, daß sich axial erstreckende
Schlitze aus dem im allgemeinen rohrförmig geformten äußeren Kontakt 46 herausgeschnitten werden.
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Der Montageabschnitt 14 weist ein Federelement 68 auf, das an einem Ende 70 am
Verbindereingriffsabschnitt 12 und am anderen Ende 72 an einem Halteelement 74 befestigt ist, das an der
Vorrichtung 8 sicher befestigt ist, die beispielsweise das Gehäuse einer Aufnahmegabel eines beweglichen
Telefons sein könnte. Ein axiales Widerlagerelement 76 ist sicher am Verbindereingriffsabschnitt 12 in
unmittelbarer Nähe des Verbindungsendes 75 befestigt, um die axiale Verschiebung des Verbinders über
eine Eingriffsseite 78 der unbeweglichen Vorrichtung 8 hinaus zu begrenzen. Das Widerlagerelement 76
kommt mit einem Vorsprung 79 der Halterung 8 in Eingriff. Das Federelement 68 ist bei dieser Ausführung
eine Spiralfeder mit einer im wesentlichen sich verjüngenden oder kegelförmigen Form, wo ein Ende mit
einem kleinen Durchmesser um den äußeren Kontakt 46 am Befestigungsende 70 des Eingriffsabschnittes
gewickelt und daran befestigt ist, und wo das Ende mit dem großen Durchmesser am Befestigungsende 72
der Halterung an den Haltering 74 anstößt. Die kegelförmige Form der Feder ermöglicht sowohl eine axiale
Bewegung in der Richtung A als auch eine radiale Bewegung in einer Ebene mit einer Richtung R
orthogonal zur axialen Richtung A. Das Verbinderwiderlager 76 ist daher verschiebbar an der Oberfläche
79 der Vorrichtung 8 montiert. Die axiale Vorspannkraft der Feder 68 ist etwas größer als die Eingriffskraft
beim vollständigen Eingriff der Verbinder 4, 10, so daß die Feder im allgemeinen nur axial
zusammengedrückt wird, sobald die Verbinder vollständig in Abhängigkeit von den Toleranzen in Eingriff
gebracht wurden. Wenn die Toleranzen zwischen den gekoppelten Verbindern so sind, daß die Feder axial
zusammengedrückt wird, hebt das Widerlagerelement 76 von der Halterungsfläche 79 der Vorrichtung 8 ab.
Die Feder kann ebenfalls wirken, um Stöße auf den unbeweglichen Verbinder 10 der Vorrichtung
aufzunehmen, beispielsweise, wenn das bewegliche Vorrichtungsgehäuse 6 oder andere Gegenstände an
den Verbinder anstoßen, so daß er sich elastisch axial oder radial bewegt, wodurch das Risiko einer
Beschädigung durch derartige Stöße verringert wird.
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Wie am besten in Fig. 2 zu sehen ist, ermöglicht die kegelförmig geformte Spiralfeder 68 eine
wesentliche radiale Bewegung des unbeweglichen Verbinders 10 der Vorrichtung mit Bezugnahme auf die
unbewegliche Vorrichtung 8, um Toleranzen in der radialen Richtung beim Positionieren zwischen den
Gegensteckverbindem 10, 4 aufzunehmen. Eine elastische Folie oder Membrane 80 kann am äußeren
Kontakt 46 des Eingriffsabschnittes 12 befestigt vorhanden sein, um den Hohlraum 82 der Vorrichtung 8
abzudecken, innerhalb dessen der Eingriffsabschnitt 12 aufgenommen wird. Letzteres dient dazu, das
Eindringen von Staub und dergleichen in die Vorrichtung zu verhindern.
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Hauptsächlich mit Bezugnahme auf Fig. 1 bis 5 weist der bewegliche Verbinder 4 der Vorrichtung
ein dielektrisches Gehäuse 84 auf, in dem der Mittelkontakt 58 axial verschiebbar montiert ist, und ein
äußerer Kontakt 66 ist konzentrisch um diesen herum montiert. Der Verbinder 4 weist einen
Eingriffsabschnitt 86 und einen Verbindungsabschnitt 88 auf. Der Verbindungsabschnitt 88 weist einen
ersten Kontaktschenkel 89 und einen zweiten Kontaktschenkel 90 auf, die innerhalb der Aussparungen 91
und bzw. 92 an einem Leiterplattenmontageende 83 des Dielektrikums 84 montiert sind. Die
Kontaktschenkel 89, 90 weisen Oberflächenmontagekontaktabschnitte 93 für ein Oberflächenmontagelöten
auf eine Leiterplatte 94 für eine Verbindung mit elektrischen Bauteilen von beispielsweise einem
beweglichen Telefon auf. Der zweite Kontaktschenkel 90 weist einen elastischen Kontaktann 96 auf, der
einen Kontaktvorsprung 97 für einen Eingriff an einer Kontaktfläche 98 des ersten Kontaktschenkels 89
aufweist. Der Kontaktarm 96 wird vorgespannt, wenn er im Dielektrikum 84 montiert wird, so daß die
Kontaktflächen 97, 98 mit einer bestimmten Kraft für einen zuverlässigen elektrischen Kontakt dazwischen
anstoßen. Der elastische Kontaktarm 96 erstreckt sich über und axial unterhalb eines abgerundeten
Verbindungsendes 99 des mittleren Stiftkontaktes 58. Wenn der Stiftkontakt 58 zur Leiterplatte 5 hin
niedergedrückt wird, wird daher der Kontaktarm 96 niedergedrückt, und die elektrische Verbindung
zwischen den Schenkeln 89, 90 wird unterbrochen. Wenn die Verbinder 10, 4 vollständig in Eingriff sind,
unterbricht daher ein Anstoßen der inneren Kontakte 40, 58 den Kontakt zwischen den Kontaktschenkeln
89, 90, wie in Fig. 2 gezeigt wird. Letztere Schaltfunktion bewirkt beispielsweise, daß eine Antenne des
tragbaren Funktelefons zur Antenne der unbeweglichen Vorrichtung 8 geschaltet wird, wenn das tragbare
Funktelefon daran montiert wird. Der elastische Kontaktarm liefert ebenfalls die Federkraft für das
Anstoßen des verschiebbaren inneren Kontaktes 58 gegen den passenden inneren Kontakt 40, so daß
wenige Bauteile benötigt werden, um die Schalt- und Kontaktfunktionen bereitzustellen. Das axiale
Anstoßen von Fläche an Fläche des verschiebbaren inneren Kontaktes 58 und des inneren Kontaktes 40,
wie in Fig. 2 gezeigt wird, ermöglicht, daß das verschiebbare Kontaktende 85 nur etwas über die
Eingriffsfläche 87 des Dielektrikuns 84 hinaus vorsteht. Letzteres verringert das Risiko der Beschädigung
an den Kontakten während des Steckens oder mit Bezugnahme auf äußere Gegenstände.
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Der äußere Kontakt 66 ist mit einem großen kegelförmigen Einführungsabschnitt 94 für das
Führen des Eingriffsabschnittes 12 während des Steckens versehen. Der sich verjüngende oder
kegelförmige Einführungsabschnitt 94 ist ziemlich beachtlich, um relativ große Toleranzen bei der radialen
Positionierung der Verbinder 4, 10 aufzunehmen.
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Die Kontaktschenkel 89, 90, die kostenwirksam durch Stanzen und Formen von Blech hergestellt
werden können, sind mit V-förmigen Arretierelementen 100 versehen, die sich in gegenüberliegende
Wände eines Schlitzes 102 im Montageende 93 des Dielektrikums 84 eingraben. Die Kontaktschenkel
können daher mit Bezugnahme auf das Dielektrikum 84 sicher befestigt und positioniert werden, indem nur
die Arretierabschnitte 100 in den Schlitz 102 gedrückt werden. Der Verbinder 4 kann stabil auf der
Leiterplatte durch die Lötverbindung der Kontaktschenkel 93 zusätzlich zur Lötverbindung des äußeren
Kontaktes 66 gehalten werden, der mit gegenüberliegenden Lötmontageverlängerungen 104 versehen ist,
die an die Leiterplatte 5 montierbar sind. Wie in Fig. 6 gezeigt wird, ist die Leiterplatte 5 mit
bogenförmigen leitenden Leiterbahnen 106 für eine Lötverbindung mit den Lötmontageverlängerungen 104
des äußeren Kontaktes versehen. Infolge der bogenförmigen Form der Verlängerungen 104, die im
wesentlichen eine Fortsetzung der zylindrischen Form des äußeren Kontaktes 66 sind, wird eine stabile
Befestigung auf der Leiterplatte zusätzlich zu der Möglichkeit bewirkt, daß eine wesentliche Lötfläche um
den Verbinder 4 herum bereitgestellt wird, was die Stabilität der Lötverbindung vergrößert. Die
Lötverbindungen liefern ebenfalls die elektrischen Verbindungen zu den äußeren und inneren Kontakten 66,
58.