Geschirmter elektrischer Verbinder
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft einen geschirmten elektrischen
Verbinder zur Verbindung oder Verteilung von geschirmten elektrischen Leitungen oder Steckverbindern untereinander sowie auf Verfahren zur Herstellung des geschirmten
elektrischen Verbinders.
Ein solcher geschirmter elektrischer Verbinder kann die Gestalt der Verbindung zwischen zwei Koaxialkabeln, oder von mehreren geschirmten Kabeln untereinander als Verteiler annehmen, oder die Verbindung kann zwischen einem
geschirmten Kabel und einem Steckverbinder existieren, oder kann die Form eines geschirmten Mehrfachverteilers
annehmen, der mehrere geschirmte Steckverbinder oder geschirmte Kabel miteinander verbindet.
Hintergrund der Erfindung
Aus der DE 196 13 228 B4 ist ein elektrischer
Steckverbinder mit Anschlusskabel bekannt mit einer
metallischen Kupplungseinrichtung mit Überwurfmutter oder mit Schraube und mit einem einwärts gerichteten Kragen, der mit einer gecrimpten Hülse in Kontakt steht und die
Verbindung zwischen der Kupplungseinrichtung und der
Abschirmung des Abschlusskabels herstellt. Die Herstellung eines geschirmten Steckverbinders mit gecrimpter
Schirmhülse ist aufwändig, es werden viele Einzelteile benötigt und die Vorbereitung des anzuschließenden Kabels wird von Hand durchgeführt, ebenso wie die Montage der
vielen Einzelteile. Im Falle von Steckverbindern in
Winkelform ist die Herstellung noch schwieriger zu
bewältigen. Die elektrische Verbindung durch Crimpen von Teilen ist ferner nicht immer sicher, insbesondere kann sich der Übergangswiderstand an der Crimpverbindung bei Temperaturwechsel und bei Alterung ändern, was die
Abschirmqualität des Steckverbinders herabsetzt.
Aus dem US-Patent 5,906,513 ist ein geschirmter gespritzter elektrischer Verbinder bekannt, bei dem ein hülsenförmiges metallisches Gehäuse kabelseitig mit Schlitzen zur Bildung von Laschen vorgesehen ist, die auf die Metallgeflecht- Abschirmung des Kabels gepresst werden, wonach das
hülsenförmige Metallgehäuse hinter der metallischen
Verbinderkupplung, die freigelegte Metallgeflecht- Abschirmung und das Kabelende mit thermoplastischem
Material umspritzt werden. Das thermoplastische Material enthält Litzen aus dünnem Metalldraht, die während des Spritzvorganges gegen das hülsenförmige Metallgehäuse gepresst werden, um gute elektrische Kontinuität zwischen Kabel und Verbinder oder zu den hülsenartigen Gehäusen von Steckverbindern herzustellen. Auch hier kann der
Übergangswiderstand zwischen den Abschirmteilen sich bei Temperaturwechsel und bei Alterung verschlechtern.
Aus der DE 10 2008 018 403 AI und der WO 2011/151373 AI ist ein Steckverbinder mit einem daran angeschlossenen
geschirmten Kabel bekannt, bei dem eine gespritzte
Schirmhülse aus elektrisch leitendem Material, insbesondere einem elektrisch leitendem Kunststoff, die Kabelabschirmung mit der Kupplungsmutter des Steckverbinders elektrisch verbindet. Unter elektrisch leitendem Kunststoff wird
allgemein ein mit Metallfasern gefüllter Kunststoff
verstanden. Solches elektrisch leitfähiges Material kann spritzgussfähig sein (vgl. DIN 24450). Im Einzelnen werden die elektrischen Leiterenden des Kabels im Steckergehäuse angeschlossen, an dem eine Metallhülse angeordnet wird. Im Anschluss daran wird ein isolierender Träger
spritzgegossen, der sich vom Leiterschirm bis in das
Gehäuse hinein erstreckt. Um die isolierenden Träger wird ein elektrisch leitendes Hülsenteil spritzgegossen, das den Leiterschirm mit der Metallhülse und damit mit dem
Gehäuseschirm des elektrischen Verbinders verbindet. Jedoch macht elektrisch leitender Kunststoff nur schwache Kontakte zu metallischen Oberflächen des Steckverbinders oder des Kabels, so dass der Übergangswiderstand an den
Übergangsflächen zwischen dem elektrisch leitenden
KunstStoffmaterial und den metallischen Flächen am
Steckverbinder bzw. an der Kabelabschirmung erhöhte Werte aufweist, die sich zudem noch verschlechtern können, wenn sich in Folge des Schrumpfens oder Schmelzens des
Kunststoffs Spalte oder Risse an den Übergangsflächen auftun. Ferner weisen leitfähige Kunststoffe in
nachteiliger Weise eine geringere Schirmdämpfung als Metall auf .
Allgemeine Beschreibung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen geschirmten elektrischen Verbinder mit guter Schirmverbindung zwischen geschirmten elektrischen Leitungen und/oder geschirmten Steckverbindern zu schaffen.
Ein weiterer Aspekt der Aufgabe ist es, einen langlebigen geschirmten elektrischen Verbinder zu schaffen, bei welchem die Übergangswiderstände zwischen den beteiligten
Komponenten der Schirmung während der Lebensdauer des Verbinders gering bleiben.
Ein weiterer Aspekt der Aufgabe ist es, einen geschirmten elektrischen Verbinder zu schaffen, welcher einfach und weitestgehend maschinell herstellbar ist und möglichst wenige Einzelteile aufweist.
Die Aufgabe der Erfindung wird durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen definiert.
Im Einzelnen enthält der geschirmte elektrische Verbinder ein oder mehrere Leitungselemente, die wenigstens einer Leitung oder wenigstens einem Steckverbinder angehören. Im Falle von mehreren Leitungen können diese wenigstens teilweise miteinander verbunden sein, um einen Verteiler zu bilden. Die Leitungselemente können beispielsweise als Leitungsadern eines elektrischen Kabels oder als
Fortsetzungen von Steckerkontaktelementen eines
Steckverbinders ausgebildet sein. Der Verbinder umfasst ferner eine oder mehrere Abschirmhüllen und/oder ein oder mehrere Abschirmgehäuse, die als Kabelabschirmung
wenigstens einer Leitung bzw. als Gehäuseabschirmelemente wenigstens einem Steckverbinder angehören. Die Erfindung umfasst ferner ein Schirmgehäuse, das entweder mehrere Abschirmhüllen untereinander, oder wenigstens eine
Abschirmhülle mit wenigstens einem Abschirmgehäuse, oder
mehrere Abschirmgehäuse untereinander verbindet, oder einen Teil des Abschirmgehäuses bildet. Das Schirmgehäuse besteht aus einem gegossenen Metallkörper, der in situ auf
Ringbereiche sowohl der einen Abschirmhülle oder der mehreren Abschirmhüllen, als auch auf Ringbereiche des einen Abschirmgehäuses oder der mehreren Abschirmgehäuse gegossen worden ist und dort eine Verankerung mit geringem elektrischem Übergangswiderstand ergibt und eine
vollständige, insbesondere lückenlose Schirmung des
Verbinders bewirkt. Das Schirmgehäuse kann sich auch zwischen zwei miteinander zu verbindenden, geschirmten Kabeln oder Kabelgruppen erstrecken.
Mit anderen Worten besteht das Schirmgehäuse vorzugsweise nicht aus vorgefertigten Schalen- oder Hülsenteilen, sondern es wird beim Zusammenbau bzw. im Konfektionsprozess des Verbinders unmittelbar an den Verbinder, insbesondere an aus Kunststoff bestehende Bestandteile des Verbinders und darum herum angegossen. Es wird demnach flüssiges Metall bzw. eine flüssige Metalllegierung direkt an aus Kunststoff bestehende Bestandteile des Verbinders und darum herum gegossen. Das Schirmgehäuse wird demnach aus
flüssigem Metall in situ an den bereits teilgefertigten Verbinder angegossen bzw. um Bestandteile des
teilgefertigten Verbinders in situ herum gegossen.
Damit kann Lückenbildung vermieden werden, welche z.B.
auftreten kann, wenn eine Hülse auf die Abschirmhülle eines Kabels gecrimpt wird, oder die Abschirmung zwei gecrimpte Hülsen umfasst. Ferner ist der Übergangswiderstand zwischen den Abschirmhüllen von Kabeln und/oder den Abschirmgehäusen von Steckverbindern zu dem in situ aus flüssigem Metall
angegossenen und die Abschirmhüllen und/oder die
Abschirmgehäuse miteinander verbindenden Schirmgehäuse gering. Die von dem in situ angegossenen Schirmgehäuse hergestellten elektrischen Verbindungen sind ferner
langlebig und unterliegen nur in geringem Maße
Alterungsprozessen. Da bei der Erfindung nicht mit
vorgefertigten aufzumontierenden Schirmhülsen gearbeitet wird, ist die Herstellung des Verbinders vereinfacht. Eine besonders große Vereinfachung und Qualitätsverbesserung ergibt sich ersichtlich bei Winkelverbindern.
Bei der Herstellung des Schirmgehäuses durch Metallguss direkt an die Abschirmhüllen und/oder Abschirmgehäuse ergibt sich eine gute Verankerung und innige Verbindung zwischen den angrenzenden Teilen der Schirmung, was zu einem geringen Übergangswiderstand zwischen den Teilen der Abschirmung führt. Bei entsprechender Wahl der Materialien der miteinander zu verbindenden Teile kann es sogar zu einer metallurgischen Verbindung kommen. Eine solche
Verbindung ist besonders dauerhaft und von gleichbleibender Qualität .
Nach einer Ausgestaltung der Erfindung ist das
Schirmgehäuse wenigstens teilweise auf und um einen
Zwischenisolierkörper aus temperaturfestem elektrisch isolierendem Material gegossen, der die Leitungselemente beim Gießvorgang des Schirmgehäuses schützt. Zur Handhabung der Leitungselemente beim Zusammenbau des Verbinders werden die Enden der Leitungselemente, beispielsweise die
Leitungsadern eines Kabels, von der Abschirmhülle frei gemacht, die typischerweise aus einem Metallgeflecht besteht. Auch wenn die Leitungselemente von einer
Leitungsisolierung umgeben sein sollten, kann es
vorteilhaft sein, die Leitungselemente mit einem
zusätzlichen Zwischenisolierkörper besser gegen den heißen Metallschmelzfluss beim Gießen des Schirmgehäuses zu schützen. Der Zwischenisolierkörper kann aus
wärmeresistentem elektrisch isolierendem Material bestehen und genügend dick gemacht werden, um den Anforderungen beim Gießen des Schirmgehäuses zu genügen.
Im Falle eines Steckverbinders zum paarenden Verbinden mit einem Gegensteckverbinder werden die rückwärtigen
Fortsetzungen der Kontaktelemente des Steckverbinders als die Leitungselemente genutzt. Die Kontaktelemente oder Leitungselemente werden zweckmäßig von einem elektrisch isolierenden Verbindergehäuse beherbergt. Um dieses
Verbindergehäuse, welches die Kontaktelemente oder
Leitungselemente hält, ist eine Kupplungshälfte des
Steckverbinders, die mit der anderen Kupplungshälfte des Gegensteckverbinders zusammen arbeiten soll, herum gebaut, die als eine elektrische Abschirmverbindung zu dem
Gegensteckverbinder wirksam ist. Dies stellt einen
einfachen und sicheren Aufbau eines geschirmten
Steckverbinders dar.
Das Abschirmgehäuse des Steckverbinders kann ein
metallisches Verbindungsteil und metallische Halbschalen umfassen, die auf dem isolierenden Verbindergehäuse mithilfe eines Überwurfrings befestigt sind und Teil der Kupplungshälfte des Steckverbinders bilden. Ein
rückwärtiges Randteil des metallischen Verbindungsteils ist von dem Schirmgehäuse umgössen, so dass eine gute
elektrische Verbindung zu dem Abschirmgehäuse des
Steckverbinders gegeben ist, was die Abschirmgüte des
Steckverbinders ausmacht .
Wenn der Steckverbinder für eine Datenleitung ausgebildet und vorzugsweise mehrere Leitungselemente aufweist, werden diese von einem Zwischenisolierkörper aus elektrisch isolierendem und thermisch schlecht leitendem Material geschützt. Die thermische Leitfähigkeit des Materials des Zwischenisolierkörpers liegt in diesem Fall vorzugsweise zwischen 0,01 und 10 W/m-K. In Betracht kommen z.B.
Polyethylenterephtalat (PET) , Polyurethan kompakt (PUR) , Polyimid (z.B. Kapton®), Polytherimid (PEI),
Polytetrafluorethylen (PTFE) , Polyvinylchlorid (PVC) ,
Polyamid (z.B. Nylon® oder Perlon®), Polypropylen (PP) , Polycarbonat (z.B. Makroion®), Epoxydharz,
Polymethylmetacrylat (PMMA) , Polyethylen (PE) , Polystyrol (PS) , Polysiloxan (Silikon) und Polybutylenterephthalat (PBT) . Ggf. besteht der Zwischenisolierkörper aus einem geschäumten Kunststoff, mit welchem eine thermische
Leitfähigkeit zwischen 0,01 und 0,1 W/m-K, vorzugsweise um 0,02 W/m-K, erreicht werden kann. Hierdurch wird ein guter Schutz empfindlicher DrahtIsolierungen beim Gießen des Schirmgehäuses erzielt.
Wenn eines der Leitungselemente des Steckverbinders die Schutzerde führt (PE-Leiter) , wird das Abschirmgehäuse vorzugsweise mit einer gegossenen Abzweigung unmittelbar an die Schutzerde angegossen. Dies stellt eine einfache und sichere Verbindung zwischen der äußeren Abschirmung und der innen verlaufenden Schutzerde (PE-Leiter) dar, welche insgesamt die Konstruktion des Steckverbinders vereinfacht.
Im Falle eines Leistungssteckverbinders wird der
Zwischenisolierkörper aus einem elektrisch isolierenden und thermisch gut leitenden Material hergestellt. Vorzugsweise ist das Schirmgehäuse mit Kühlrippen versehen und wird insbesondere einschließlich der Kühlrippen auf den
thermisch gut leitenden Zwischenisolierkörper in situ aus Metall gegossen. Die thermische Leitfähigkeit des Materials des Zwischenisolierkörpers liegt in diesem Fall
vorzugsweise zwischen 0,2 und 10 W/m-K. In Betracht kommen z.B. LATICONTHER® oder ein vorgefertigter
Zwischenisolierkörpers aus Keramik. Bei starker Belastung und großer Wärmeentwicklung beim Leistungssteckverbinder kann somit bei einem einfachen Aufbau des
Leistungssteckverbinders trotzdem eine gute Wärmeabfuhr erfolgen .
Der Zwischenisolierkörper kann sowohl beim Datenverbinder als auch beim Leistungsverbinder entweder als
vorgefertigter Zwischenisolierkörper eingesetzt werden oder, wenn ein thermoplastischer Kunststoff verwendet wird, in situ spritzgegossen werden, bevor das Schirmgehäuse gegossen wird, was einen effizienten Herstellungsprozess erlaubt .
Der erfindungsgemäße Verbinder kann auch als
Mehrfachverteiler für eine oder mehrere geschirmte
Leitungen und/oder einen oder mehrere geschirmte
Steckverbinder ausgestaltet sein. Es wird ein Verteilkörper mit mehreren Anschlussstellen für Leitungselemente
vorgesehen, die entweder einer oder mehreren Leitungen,
oder einem oder mehreren Steckverbindern angehören. Dieser Verteilkörper und angrenzende Leitungselemente werden bei der Herstellung des Schirmgehäuses und auch später während des Betriebs des Mehrfachverteilers geschützt. Das
Schirmgehäuse umgibt den Zwischenisolierkörper unmittelbar und ist je nach Verbindungs- und Verteilpartner entweder an Ringbereiche von Abschirmhüllen der geschirmten Leitungen und/oder an Endbereiche von Abschirmgehäusen der
Steckverbinder in situ gegossen und somit innig
angeschlossen. Die Konstruktion des Verteilers ermöglicht somit eine Vielzahl von unterschiedlichen
Mehrfachverteilern, bei denen ein oder mehrere
Steckverbinderanschlüsse oder ein oder mehrere unmittelbare Leitungsanschlüsse auch gemischt angewendet werden können.
Um der erfindungsgemäßen Erfindung ein gefälliges Aussehen zu geben und das Schirmgehäuse elektrisch zu isolieren, wie es handelsüblich ist, wird das Schirmgehäuse vorzugsweise von einem isolierenden Schutzmantel aus Kunststoff umgeben.
Das aus Metallguss bestehende Schirmgehäuse kann z.B. aus einer niedrig schmelzenden Metalllegierung bestehen. Die Solidustemperatur liegt dabei z.B. zwischen 120° und 420°C. Insbesondere kann die Metalllegierung ein Metalllot, z.B. ein Zinn-Lot sein. Z.B. haben sich bei Verwendung von Zinn- Lot (Schmelztemperatur etwa 230 °C) keine Schädigungen der umgossenen Kunststoffteile, wie Leitungsisolierungen und Zwischenisolierkörper gezeigt. Insbesondere bei der
Verwendung von Metalllot kann das Schirmgehäuse beim in situ Gießen Bestandteile, z.B. eine Verzinnung der
Abschirmhüllen oder Abschirmgehäuse anschmelzen und mit
dieser verschmelzen, was eine besonders niederohmige
Schirm-Verbindung ermöglicht.
Die Erfindung betrifft auch Verfahren zur Herstellung des geschirmten elektrischen Verbinders in seinen verschiedenen Ausführungsformen .
Das Verfahren zur Herstellung des geschirmten elektrischen Verbinders wird demnach in seiner allgemeinen Form wie folgt durchgeführt:
a) Verbinden der freien Enden der Leitungselemente
miteinander; b) Optional Aufbringen des Zwischenisolierkörpers auf den freien Enden der miteinander verbundenen Leitungselemente;
c) Umgießen der einen oder mehreren freigemachten
Abschirmhüllen und/oder der einen oder mehreren Abschirmgehäuse und gegebenenfalls des
Zwischenisolierkörpers mit flüssigem Metall zur Bildung des Schirmgehäuses.
Das Aufbringen des optionalen Zwischenisolierkörper kann dabei materialabhängig durch Spritzgießen des
Zwischenisolierkörpers in situ erfolgen oder der
Zwischenisolierkörper kann als vorgefertigtes Teil
eingesetzt werden.
Wenn der geschirmte elektrische Verbinder zwei geschirmte Leitungen miteinander verbinden soll, werden die
Abschirmhüllen und die Leitungselemente am Ende der beiden
Leitungen frei gemacht, die freien Enden der
Leitungselemente werden miteinander verbunden und der Zwischenisolierkörper wird auf den freien Enden der miteinander verbundenen Leitungselemente aufgebracht.
Anschließend wird der Zwischenisolierkörper und die
freigemachten Abschirmhüllen mit flüssigem Metall zur Bildung des Schirmgehäuses umgössen. Auf diese Weise entsteht ein Verbinder mit niedrigem elektrischem
Übergangswiderstand zwischen den Abschirmhüllen der miteinander zu verbindenden Leitungen und dem Schirmgehäuse des Verbinders. Dieser niedrige elektrische
Übergangswiderstand verspricht dauerhaft niedrig zu
bleiben, auch bei robustem Umgang mit dem Verbinder.
Bei der Herstellung eines elektrisch geschirmten
Steckverbinders, bei dem Leitungselemente einer geschirmten Leitung an Kontaktelemente des Verbinders angeschlossen werden, werden die Abschirmhülle und die Leitungselemente am Ende der geschirmten Leitung frei gemacht, die
Kontaktelemente des Steckverbinders werden am Ende der Leitungselemente der geschirmten Leitung angebracht und durch Einfügen in das isolierende Verbindergehäuse werden die Kontaktelemente voneinander isoliert. Zwischen dem isolierenden Verbindergehäuse und der Stelle, an der die Leitungselemente von dem gemeinsamen Isoliermantel befreit worden sind, also auf frei verbleibenden oder einzeln isolierten Leitungselementen, wird der
Zwischenisolierkörper, z.B. durch Umspritzen mit
temperaturfestem Kunststoff, aufgebracht. Vorzugsweise wird ein Kunststoff verwendet, welcher eine Temperaturfestigkeit bis in den Bereich von etwa 180°C bis 230°C aufweist.
Anschließend werden der Zwischenisolierkörper und die frei
gemachte Abschirmhülle der Leitung mit flüssigem Metall zur Bildung des Schirmgehäuses umgössen. Auf diese Weise kann ein Steckverbinder mit einfachem, robustem Aufbau
hergestellt werden, bei dem der elektrische
Übergangswiderstand zwischen Abschirmhülle der
Zuführungsleitung und dem Abschirmgehäuse des
Steckverbinders niedrig ist und während der Lebensdauer des Steckverbinders niedrig zu bleiben verspricht.
Bei einer Ausgestaltung des Verbinders als
Mehrfachverteiler werden je nachdem, ob der
Mehrfachverteiler mit einer oder mehreren Leitungen
unmittelbar zu verbinden ist, oder ob der Mehrfachverteiler mit einem oder mehreren einzelnen Steckverbindern zu versehen ist, die Abschirmhülle und die Leitungselemente am Ende der anzuschließenden Leitung oder Leitungen frei gemacht und/oder es werden Steckverbinder mit jeweiligem Abschirmgehäuse und jeweiligen Leitungselementen bereit gestellt. Anschließend werden die Leitungselemente mit einem Verteilkörper verbunden. Daraufhin wird der
Zwischenisolierkörper auf den frei gemachten
Leitungselementen und um den Verteilkörper herum
aufgebracht, z.B. durch Umspritzen mit Kunststoff
hergestellt. Anschließend wird der Zwischenisolierkörper und jede frei gemachte Abschirmhülle umgössen und/oder die Randzone des Abschirmgehäuses im Falle eines
Steckverbinders wird mit flüssigem Metall zur Bildung des Schirmgehäuses umgössen. Die Erfindung ermöglicht somit eine große Variabilität im Aufbau von elektrisch
geschirmten Mehrfachverteilern.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren können Lötverbindungen zwischen Schirmgehäuse und Abschirmhülle durch teilweises Aufschmelzen an der betroffenen Abschirmhülle geschaffen werden. Solche Lötverbindungen entstehen bei dem
Metallgießen des Schirmgehäuses, wenn entsprechende
Vorbereitungen an der jeweiligen Abschirmhülle getroffen werden, beispielsweise wenn verzinnte Drahtgeflechte als Abschirmhülle eingesetzt werden.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von
Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert, wobei gleiche und ähnliche Elemente teilweise mit gleichen Bezugszeichen versehen sind und die Merkmale der verschiedenen Ausführungsbeispiele miteinander kombiniert werden können.
Kurzbeschreibung der Figuren:
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der
Zeichnungen beschrieben. Dabei zeigt: Fig. 1 zwei Koaxialkabel mit sich gegenüberstehenden
abisolierten Innenleitern und mit freigemachten Enden der Abschirmhüllen,
Fig. 2 die Innenleiter mit einer Kupplungshülse
verbunden, Fig. 3 die Kupplungshülse mit einem Zwischenisolier¬ körper versehen,
Fig. 4 die Abschirmhüllen der beiden Koaxialkabel über ein Schirmgehäuse verbunden,
Fig. 5 den Koaxialkabel-Verbinder nach Fig. 4 mit einem
Schutzmantel versehen,
Fig. 6 einen Längsschnitt durch den Koaxialkabel- Verbinder der Fig. 5,
Fig. 7 ein abgeschirmtes Kabel mit an den abisolierten
Ader-Enden angecrimpten Kontaktelementen, Fig. 8 die Kontaktelemente in ein Verbindergehäuse
gesteckt ,
Fig. 9 die Adern außerhalb des Verbindergehäuses mit einer Zwischenisolierung umspritzt,
Fig. 10 das Kabelende mit einem metallischen
Schirmgehäuse umgössen, das einen Ringflansch aufweist ,
Fig. 11 den geschirmten Steckverbinder,
Fig. 12 den Steckverbinder nach Fig. 11 von einem
Schutzmantel umgeben,
Fig. 13 einen Längsschnitt durch den Steckverbinder nach
Fig. 12,
Fig. 14 ein vorbereitetes Kabelende an einen
Steckverbinderkopf angeschlossen
Fig. 15 das Kabelende mit Steckverbinderkopf in ein
Spritzgusswerkzeug eingelegt,
Fig. 16 das Kabelende nahe dem Steckverbinderkopf mit einem Zwischenisolierkörper umspritzt,
Fig. 17 den Steckverbinderkopf mit umspritztem Kabelende in ein Metallgusswerkzeug eingelegt,
Fig. 18 den Steckverbinder mit einem metallischen
Schirmgehäuse umgössen,
Fig. 19 den Steckverbinder nach Fig. 18 mit einem
Schutzmantel versehen,
Fig. 20 einen Längsschnitt durch einen
Leistungssteckverbinder mit Schut zerde-Anbindung,
Fig. 21 einen vergrößerten Längsschnitt durch den Kopf des Leistungssteckverbinders in gedrehter
Schnittebene,
Fig. 22 eine perspektivische Darstellung eines
LeistungsSteckverbinders ,
Fig. 23 einen Leistungssteckverbinder in Winkelform,
Fig. 24 einen Verteilkörper eines Mehrfachverteilers, Fig. 25 den Verteilkörper mit umspritztem
Zwischenisolierkörper,
Fig. 26 den Mehrfachverteiler mit Schirmgehäuse,
Fig. 27 den Mehrfachverteiler nach Fig. 26 mit
Schutzmantel und
Fig. 28 einen Längsschnitt durch den Mehrfachverteiler nach Fig . 27.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Die Fig. 1 - 6 zeigen die Entstehung eines Koaxialkabel- Verbinders. Die Koaxialkabel bilden eine erste geschirmte Leitung 1 und eine zweite geschirmte Leitung 2. Jede
Leitung umfasst ein Leitungselement 11 bzw. 21, eine
Leitungsisolierung 12 bzw. 22, eine Abschirmhülle 10 bzw. 20 und einen Isoliermantel 13 bzw. 23. Um die
Leitungselemente 11, 21 miteinander zu verbinden, wird eine metallische Kupplungshülse 31 benutzt, welche die beiden blanken Enden der Leitungselemente 11 und 21 elektrisch miteinander verbindet. In den Raum zwischen den
Leitungsisolierungen 12 und 22 wird ein
Zwischenisolierkörper 32 aus temperaturfestem isolierendem
Kunststoff spritzgegossen, so dass sich die
Leitungsisolierungen der beiden Koaxialkabel etwa auf gleichem Durchmesser begegnen. Die Lücke zwischen den beiden freigelegten Isoliermänteln 13 und 23 wird durch ein Schirmgehäuse 30 geschlossen, das die Abschirmhüllen 10 und 20 elektrisch miteinander verbindet. Die Abschirmhüllen 10, 20 bestehen beispielsweise aus einem Metalldrahtgeflecht, so dass sich beim Umgießen eine gute Verankerung und ein guter elektrischer Kontakt mit dem Schirmgehäuse 30 ergibt. Dies führt zu einem geringen elektrischen
Übergangswiderstand zwischen den Abschirmhüllen 10, 20 einerseits und dem Schirmgehäuse 30 andererseits. Das
Schirmgehäuse 30 besteht somit aus einem in situ gegossenen Metallkörper, der mittels eines Metallgusswerkzeugs erzeugt wird. Ein entsprechendes Metallgusswerkzeug ist in Fig. 17 dargestellt. Ggf. wird das in situ gegossene Schirmgehäuse 30 mit Heißkanaltechnik angusslos erzeugt, wie z.B. in der DE 10 2012 009 790 beschrieben ist, die hiermit durch
Referenz inkorporiert wird.
In der Form nach Fig. 4 ist der Koaxialkabel-Verbinder an sich gebrauchsfähig. Üblicherweise wird jedoch noch ein Schutzmantel 33 um das Schirmgehäuse 30 und die
benachbarten Enden der Leitungen 1 und 2 gelegt. Damit wird die handelsübliche Form eines Verbinders 3 erhalten. Die geschirmte Verbindung zwischen den beiden Leitungen 1 und 2 ist damit vollständig.
Die Fig. 7 - 13 zeigen die Entstehung eines
Steckverbinders, der eine geschirmte Leitung 1 an
Kontaktelemente 34 des Steckverbinders anschließt. Die geschirmte Leitung 1 als Kabel umfasst ein oder mehrere
Leitungselemente 11, eine Leitungsisolierung 12, eine
Abschirmhülle 10 und einen Isoliermantel 13 rundherum. Wie aus Fig. 7 ersichtlich, ist das vordere Ende der Leitung 1 abisoliert, so dass die blanken Enden der Leitungselemente 11, auf welche die Kontaktelemente 34 aufgecrimpt werden, aus der Leitungsisolierung 12 vorstehen und auch die
Abschirmhülle 10 und der Isoliermantel 13 sind am vorderen Ende der Leitung 1 durch einen Schnitt bei 14 gekürzt worden. Ferner wurde der Isoliermantel 13 durch einen Schnitt bei 15 bis zum Erreichen der Abschirmhülle 10 eingeschnitten und ein Isoliermantel-Randteil 16 wurde nach vorne in Richtung des Leitungsendes geschoben, um einen axial beidseits begrenzten Abschirmringbereich 101 frei zu legen. Ferner ist eine Überwurfmutter 351 als Teil einer Kupplungshälfte 35 auf das Ende der Leitung 1 bis zum
Erreichen des unversehrten Isoliermantels 13 geschoben.
Die Enden der Leitungselemente 11 werden nunmehr mit den angecrimpten Kontaktelementen 34 in Bohrungen eines isolierenden Verbindergehäuses 36 geschoben, wonach der in Fig. 8 dargestellte Zustand entsteht. Wie ersichtlich, gibt es einen freibleibenden Bereich 17 zwischen dem
Verbindergehäuse 36 und dem Isoliermantel-Randteil 16, in welchem sich die einzelnen mit Leitungsisolierung 12 versehenen Leitungselemente 11 befinden, wie in Fig. 8 dargestellt. Dieser frei verbleibende Bereich 17 wird durch Spritzgießen mit isolierendem Kunststoff, z.B. Macromelt zur Bildung eines Zwischenisolierkörpers 32 geschlossen, wie in Fig. 9 dargestellt.
Ausgehend von dem in Fig. 9 dargestellten Zustand, wird ein Schirmgehäuse 30 durch Umgießen des Zwischenisolierkörpers
32 und der Abschirmhülle 10 im Ringbereich 101 aus
flüssigem Metall hergestellt. Das so in situ gegossene Schirmgehäuse 30 reicht auch teilweise um das isolierende Verbindergehäuse 36 herum und bildet dort einen Ringflansch 301. Die gefangene Überwurfmutter 351 kann nunmehr über das Schirmgehäuse 30 hinweg bis zur Anlage an den Ringflansch 301 vorgeschoben werden, wie in Fig. 11 dargestellt. Dies stellt den gebrauchfähigen Zustand des Steckverbinders dar. Um zur handelsüblichen Ausführungsform zu gelangen, wird noch ein Schutzmantel 33 über das Schirmgehäuse 30
spritzgegossen, wobei der Verbinder das Aussehen gemäß Fig. 12 und 13 annimmt.
Die Herstellung eines weiteren Steckverbinders 4 wird gemäß Fig. 14 - 19 erläutert. Zunächst wird ein Kopf des
Steckverbinders 4 an das Ende der Leitungselemente 11 der Leitung 1 angeschlossen. Zu diesem Zweck sind die
Leitungselemente 11 und die Abschirmhülle 10 im
Abschirmringbereich 101 frei gemacht worden, wie dies anhand der Fig. 7 beschrieben worden ist.
Der Kopf des Steckverbinders 4 weist eine Überwurfmutter 451 auf, die Teil der Kupplungshälfte ist, welche mit einem (nicht dargestellten) Gegensteckverbinder zusammen
arbeitet, um den Steckverbinder 4 mit dem
Gegensteckverbinder paarend zu verbinden. Von der
Überwurfmutter 451 verdeckt ist das vordere Ende eines elektrisch isolierenden Verbindergehäuses 46 zu sehen, in welchem die Kontaktelemente angeordnet sind, die mit den blanken Enden der Leitungselemente 11 verbunden sind. Der Kopf des Steckverbinders 4 umfasst noch ein metallisches Verbindungsteil 41, das am hinteren Endes des
Steckverbinderkopfes vorsteht und nach vorne und um das elektrisch isolierende Verbindergehäuse 46 herum reicht, um bei Kupplung mit einem Gegensteckverbinder die Schirmung zu diesem zu gewährleisten.
Mit Fig. 15 ist ein offenes Spritzgusswerkzeug 5
dargestellt, das einen Hohlraum zur Aufnahme des Verbundes aus dem Kopf des Steckverbinders 4 und der Leitung 1 aufweist. Das metallische Verbindungsteil 41 weist einen ersten Abdichtringbereich 411 auf, der zusammen mit dem
Isoliermantel-Randteil 16 einen Gießhohlraum 50 begrenzt. Zu diesem Gießhohlraum 50 führt ein Spritzgießkanal 51, über welchen ein elektrisch isolierender Kunststoff
gespritzt wird, der die Leitungselemente 11 einhüllt. Nach Erkalten bildet sich ein Zwischenisolierkörper 32, wie in Fig. 16 dargestellt.
Der Ron-Steckverbinder nach Fig. 16 wird in den Hohlraum eines Metall-Gusswerkzeuges 6 eingelegt (Fig. 17), wobei ein Gießhohlraum 60 zwischen dem Isoliermantel 13 der
Leitung 1 und einem zweiten Abdicht-Ringbereich 412
abgegrenzt wird. In diesen Gießhohlraum 60 führen
Gießkanäle 61 und 62 hinein, durch welche flüssiges Metall einer Metalllegierung, z.B. Zinnlot, eingegossen wird. Nach Erkalten bildet sich aus der erstarrten Metalllegierung das Schirmgehäuse 30, das den Zwischenisolierkörper 32, den Isoliermantel-Randteil 16 und die Abschirmhülle 10 im
Abschirmringbereich 101 umschließt. Wenn nicht ansatzlos gegossen worden ist, werden eventuell noch entstandene Angussstutzen entfernt, wonach ein an sich gebrauchsfähiger Steckverbinder erhalten wird, wie er in Fig. 18 dargestellt ist. Handelsübliche, geschirmte Steckverbinder weisen
jedoch noch einen Schutzmantel 33 um das Schirmgehäuse 30 herum auf, wie dies in Fig. 19 und 20 dargestellt ist.
Um einen solchen handelsüblichen Steckverbinder
herzustellen, wird der an sich gebrauchsfähige
Steckverbinder in einen Gießhohlraum eines weiteren, nicht dargestellten Spritzgießwerkzeuges so eingelegt, dass das Spritzwerkzeug an dem Abdichtringbereich 412 einerseits und an einem unbetroffenen Bereich des Isoliermantels 13 jenseits des Schirmgehäuses 30 andererseits abdichtet.
Danach wird der Steckverbinder der Fig. 18 zwischen dem Abdichtringbereich 412 und dem unbetroffenen Bereich des Isoliermantels 13 mit isolierendem Kunststoff umspritzt, wodurch der das Schirmgehäuse 30 umgebende Schutzmantel 33 entsteht und ein handelsüblicher Steckverbinder gemäß
Fig. 19 erhalten wird.
Die beschriebenen Arbeiten können vollautomatisiert
durchgeführt werden. Durch die Aufteilung in einzelne
Schritte und Durchführung dieser Schritte entlang einer
Fertigungsstraße, die auch als Rundteller ausgeführt sein kann, ist eine rasche Fertigung möglich. Die gesamte
Zykluszeit kann dabei geringer sein, als wenn der
Steckverbinder mit einer einzelnen, aber dann
dickwandigeren Umspritzung hergestellt werden würde. Wenn die Umsprit zungen mit isolierendem Kunststoff und das Umgießen mit flüssigem Metall für drei aufeinander folgende Steckverbinder gleichzeitig ausgeführt werden, wird die Durchlaufzeit pro Stück Steckverbinder von der längsten Zykluszeit in dem Herstellungsprozess bestimmt. Es sei bemerkt, dass das Umgießen mit Metall eine sehr kurze
Zykluszeit aufweist.
Die Fig. 20, 21 zeigen einen Längsschnitt durch einen
Leistungssteckverbinder mit Schut zerde-Anbindung (PE- Anbindung) des Schirmgehäuses 30. Wie daraus hervorgeht, werden die blanken Enden 110 der Leitungselemente 11 mit Kontaktelementen 44 mechanisch und damit auch elektrisch verbunden, beispielsweise durch Verlöten, Verquetschen oder Crimpen. Der Kopf des Steckverbinders 4 weist ein
elektrisch isoliertes Verbindergehäuse 46 auf, durch dessen axiale Bohrungen die vorderen Enden der Kontaktelemente 44 gesteckt sind. Um das Verbindergehäuse 46 erstreckt sich ein rohrformiges metallisches Verbindungsteil 41, das mit Eingriffsvorsprüngen 413 versehen ist, um metallische
Halbschalen 42 zu halten, die mit Verschraubungen 420 Teil der Kupplungshälfte 45 des Steckverbinders 4 bilden. Die Halbschalen 42, von denen es beispielsweise zwei gibt, werden durch einen Überwurfring 43 auf dem metallischen Verbindungsteil 41 und dem isolierenden Verbindergehäuse 46 durch Presskraft gehalten. Das metallische Verbindungsteil 41 und die Halbschalen 42 bilden um den betreffenden
Verbinder 4 ein Abschirmgehäuse 40, das einen hinteren Ringbereich 401 aufweist, an dem es mit dem Schirmgehäuse 30 aufgrund des in situ Metallgießens des Schirmgehäuses 30 innig verbunden ist.
Der Leistungssteckverbinder gemäß Fig. 20 und 21 wird ähnlich hergestellt, wie mit Fig. 14 - 19 beschrieben worden ist. Das Ende der Leitung 1 wird mit einem
Abschirmringbereich 101 zur Freilegung der Abschirmhülle 10 versehen und am Kopf des Steckverbinders 4 findet sich das metallische Verbindungsteil 41, welches zusammen mit den Halbschalen 42 die Schirmung am gesamten Steckverbinderkopf
darstellt. Die Schirmung am Steckverbinder 4 wird durch das Schirmgehäuse 30 bewerkstelligt, das durch in situ
Metallgießen in der mit Fig. 14 - 19 beschriebenen Weise erzeugt wird.
Ein Kontaktelement 440 (Fig. 20) führt Schutzerde (PE) und ist über eine direkt mitgegossene Abzweigung 303 mit dem in situ gegossenen Schirmgehäuse 30 verbunden. Der
Zwischenisolierkörper 32 besteht in diesem Bespiel aus elektrisch isolierendem und thermisch schlecht leitendem Material, um die Leitungselemente 11 bei der Herstellung des Schirmgehäuses 30 durch das Metallgießen gegen die von der Metallschmelze einwirkende Hitze zu schützen.
Die Fig. 22 und 23 stellen einen Leistungssteckverbinder dar, der im Inneren ähnlich aufgebaut sein kann wie der Steckverbinder nach Fig. 20 und 21, jedoch besteht der Zwischenisolierkörper 32 aus elektrisch isolierendem, aber gut thermisch leitendem Material, um im Betrieb die Abwärme des Leistungssteckverbinders besser abführen zu können. Mit gefüllten Kunststoffen kann eine Wärmeleitfähigkeit von 0,2 W/mK bis nahezu 10 W/mK bei guter elektrischer
Isolierung erreicht werden. Der Zwischenisolierkörper 32 kann aber auch aus einem vorgefertigten Keramikbauteil bestehen, welches eine noch höhere Wärmeleitfähigkeit aufweisen kann. Die Schirmhülse 30 ist hier ferner mit Kühlrippen 302 versehen, um Wärme vom Inneren des
Leistungssteckverbinders noch besser nach außen abzuführen.
Am Beispiel des Leistungssteckverbinders der Fig. 23 wird gezeigt, dass ein solcher auch als Winkelsteckverbinder
gebaut werden kann. Dies trifft allerdings auch auf die anderen beschriebenen Bauformen zu. Man benötigt im
Wesentlichen lediglich angepasste Spritzgießwerkzeuge bzw. Metallgusswerkzeuge in Winkelform für den Gießhohlraum.
Ein Datensteckverbinder wird entsprechend hergestellt, wobei für den Zwischenisolierkörper 32 ein Kunststoff verwendet werden kann, welcher eine geringe
Wärmeleitfähigkeit aufweist, da im Betrieb weniger Wärme abgeführt zu werden braucht. Dies hat im Gegenzug den
Vorteil, dass beim in situ Gießen des Schirmgehäuses 30 die Leitungselemente 11 noch besser vor der Hitzeeinwirkung geschützt sind.
Die Fig. 24 bis 28 zeigen einen geschirmten
Mehrfachverteiler, der einen Verbinder zur Verbindung mehrerer geschirmter Steckverbinder 7 miteinander
darstellt. Die Verbindung der einzelnen Steckverbinder 7 erfolgt über einen Verteilkörper 8. Dieser Verteilkörper 8 enthält zwei Leiterplatten 81 und 82 mit Verteilleitungen zwischen Anschlussstellen 83, 84 und 85. Die
Anschlussstellen 85 sind über Querverbindungsleitungen 86 miteinander verbunden.
Die Steckverbinder 7 umfassen ein metallisches
Verbindungsteil, das ein äußeres Abschirmgehäuse 70
(Fig. 28) bildet und der Kupplung zu einem komplementären Gegensteckverbinder dient. Im Inneren des Abschirmgehäuses 70 ist ein elektrisch isolierendes Verbindergehäuse 76 untergebracht, um die Kontaktelemente 74 zu halten. Die
Kontaktelemente 74 sind an zugehörigen Anschlussstellen 83
oder 84 an den Verteilkörper 8 angeschlossen und weisen Verlängerungen auf, die Leitungselemente 71 bilden.
Ausgehend vom Zustand der Fig. 24 wird ein
Zwischenisolierkörper 32 um die Leitungselemente 71 und den Verteilkörper 8 spritzgegossen, so dass der Zustand gemäß Fig. 25 erzielt wird. Um den Zwischenisolierkörper 32 wird anschließend ein Schirmgehäuse 30 (Fig. 26) gegossen, also als in situ gegossener Metallkörper hergestellt, der mit den Abschirmgehäusen 70 der Steckverbinder 7 verzahnt
(Fig. 28) ist und dadurch einen äußerst geringen
Übergangswiderstand zwischen den Teilen 70 und 30 bewirkt. Das Schirmgehäuse 30 umgibt den Zwischenisolierkörper 32 lückenlos und bietet so eine gute Schirmung des
Gesamtverbinders auch im Bereich des Verteilkörpers 8.
Um dem Verbinder ein handelsübliches Aussehen zu verleihen, wird noch ein Schutzmantel 33 um das Schirmgehäuse 30 durch Spritzgießen gelegt. Der so komplettierte Steckverbinder ist in Fig. 27 dargestellt.
Der als Mehrfachverteiler ausgebildete Verbinder der
Fig. 27 kann auch dahingehend abgewandelt werden, dass er eine oder mehrere geschirmte Leitungen ohne sämtliche
Steckverbinder 7 umfasst. Mit anderen Worten, einer, einige oder sämtliche Steckverbinder 7 können durch direkt
angeschlossene geschirmte Leitungen 1 oder 2 ersetzt werden. In diesem Fall werden die Leitungselemente 11, 21 der betreffenden Leitungen im Sinne der Leitungselemente 71 an den Verteilkörper 8 angeschlossen. Danach wird der
Zwischenisolierkörper 32 durch Spritzgießen erzeugt und der Zwischenisolierkörper 32 wird mit dem Schirmgehäuse 30 aus Metall umgössen und gleichzeitig wird die elektrische
Verbindung zu der Abschirmhülle 10, 20 der jeweils
angeschlossenen Leitung 1, 2 hergestellt. Danach wird - falls gewünscht - der Schutzmantel 33 angebracht.
Zum Zwecke der Erfindung sind verschiedene niedrig¬ schmelzende Metalle und Metalllegierungen, insbesondere Metalllote brauchbar. Es kommen alle bleihaltigen Zinnlote, alle bleifreien Zinnlote, auch Sn-Bi-Lote mit Schmelzpunkt um 130°C sowie Silberlote in Betracht. Die Abschirmhülle 10 der betreffenden Leitungen oder das Verbindungsteil 41 eines entsprechend ausgebildeten Verbinders können verzinnt sein, was der Verbindung mit dem Schirmgehäuse 30
förderlich ist, insbesondere wenn diese aus einem Zinnlot besteht, so dass dieses mit dem Schirmgehäuse 30
verschmilzt. Auch die Vernickelung der angesprochenen Teile ist möglich. Die angesprochenen Teile können aber auch aus blankem Edelstahl bestehen. Abschirmhüllen können auch als Schirmgeflecht mit blanken Kupferdrähten ausgeführt sein.
Für die Stabilität der Verbindung zwischen dem
Verbindungsteil 41 einerseits und dem Schirmgehäuse 30 andererseits, bzw. zwischen der Abschirmhülle 10 und dem Schirmgehäuse 30, ist es günstig, wenn es dünne Rippen und dünne Schirmdrähte gibt, die sich bei der Metallumgießung stark erwärmen können, so dass, wenn diese dünnen Teile verzinnt sind, die Oberfläche dieser dünnen Teile lokal gut anschmilzt und dort eine gute Verlötung stattfindet.
Dadurch ergibt sich ein besonders niedriger elektrischer Übergangswiderstand .
Bei durchgeführten Tests hat der erfindungsgemäße
Steckverbinder einen Übergangswiderstand im Milliohmbereich ergeben. Dieser sehr geringe Übergangswiderstand war auch nach durchgeführten großen Temperaturwechseln unverändert geblieben.
Eine weitere bemerkenswerte Eigenschaft des
erfindungsgemäßen Verbinders ist die Ausbildung der
Schirmgehäuses 30 als vollständig geschlossene Einheit, abgesehen von den axialen Öffnungen für die Zuleitungen oder für die Einzelsteckverbinder. An diesen Öffnungen ist die Schirmung der jeweils angeschlossenen Leitung bzw. des Steckverbinderkopfes angeschlossen und komplettiert die Rundum-Abschirmung um 360°. Mit anderen Worten ist das Schirmgehäuse 30 demnach vorzugsweise im Bereich der
Leitungsverbindungen radial vollständig und lückenlos geschlossen. Das Schirmgehäuse 30 bildet demnach
insbesondere eine um den gesamten Umfang der
Schirmverbindung geschlossene Metallhülle.
Weitere mögliche Abwandlungen
Der Zwischenisolierkörper 32 dient dem Schutz und/oder zur Isolation der Leitungselemente (Leitungsader im Falle eines Kabels oder rückwärtige Enden der Kontaktelemente im Falle eines Steckverbinders) und kann in anderer Weise als durch Umspritzen der Leitungselemente mit isolierendem Kunststoff hergestellt werden. Man kann Dichtungen, SchrumpfSchläuche, Kunststoffgehäuse und Klebemassen oder vorgefertigte
Einsatzteile vorsehen, um die Leitungselemente gegen das flüssige Metall zu schützen, wenn das Schirmgehäuse 30 hergestellt wird.
Bei mancher Ausführungsform des Zwischenisolierkörpers 32 kann man die Abschirmhülle 10 über die Schnittfläche 14 hinaus vorstehen lassen, um das Schirmgehäuse 30 an diesem vorstehenden Ende der Abschirmhülle 10 elektrisch durch Umgießen mit flüssigem Metall anzuschließen.
Die Herstellung des Zwischenisolierkörpers 32 kann auch im Niederdruck-Verfahren erfolgen, was ein Abdichten direkt auf den Leitungselementen 11 oder an der Abschirmhülle 10 ermöglicht .
Der Schutzmantel 33 muss nicht unbedingt durch Umspritzen mit Kunststoff hergestellt werden. Es kann auch ein vorgefertigtes Bauteil, etwa eine Tülle, als Schutzmantel 33 verwendet werden.
Es ist dem Fachmann ersichtlich, dass die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen beispielhaft zu verstehen sind und die Erfindung nicht auf diese beschränkt ist, sondern in vielfältiger Weise variiert werden kann, ohne den Schutzbereich der Ansprüche zu verlassen. Ferner ist ersichtlich, dass die Merkmale unabhängig davon, ob sie in der Beschreibung, den Ansprüchen, den Figuren oder
anderweitig offenbart sind, auch einzeln wesentliche
Bestandteile der Erfindung definieren, selbst wenn sie zusammen mit anderen Merkmalen gemeinsam beschrieben sind.