DE102006056001A1

DE102006056001A1 - Konfektionierbarer Rundsteckverbinder für Ethernet

Info

Publication number: DE102006056001A1
Application number: DE102006056001A
Authority: DE
Inventors: Matthias Bergmann; Jens KÖSTER; Christian Dr. Helmig
Original assignee: Phoenix Contact GmbH and Co KG
Current assignee: Phoenix Contact GmbH and Co KG
Priority date: 2006-11-24
Filing date: 2006-11-24
Publication date: 2008-06-12
Anticipated expiration: 2026-11-25
Also published as: WO2008061780A3; DE102006056001B4; CN101542849B; JP5259613B2; JP2010510634A; US20100048061A1; CN101542849A; US7938650B2; WO2008061780A2; EP2092616A2

Abstract

Die Erfindung betrifft einen industrietauglichen Verbinder mit kreisförmigem Verbindungsgesicht, der konfektionierbar und zur Übertragung von Multiplexsignalen und für Ethernet-Anwendungen einsetzbar ist. Ein bevorzugter Verbinder gemäß der Erfindung ist ein 8-poliger Rundstecker, mit einem inneren, in drei Einzel-Hauptelemente untergliederbaren Aufbau, wobei ein Teil acht Steckkontakte sind, die für ein Verbinden mit einem Gegenverbinder als Steckgesicht des Rundsteckers angeordnet sind, ein weiterer Teil ein Anschlussblock ist, der einen Anschluss einer Datenleitung im Feld und somit die Konfektionierbarkeit ermöglicht und das dritte Teil eine Leiterplatte ist, welche ein Bindeglied zwischen dem Anschlussblock und den Stiftkontakten bildet und die Verbindung der Signalübertragungswege zwischen den Stiftkontakten und den Anschlusskontakten des Anschlussblocks bereitstellt.

Description

Die Erfindung betrifft einen industrie- und Ethernet tauglichen Verbinder mit kreisförmigen Verbindungsgesicht.
Um eine uneingeschränkte Datenübertragung in Steckverbindern für Ethernet-Anwendungen sicherzustellen, müssen diese gewissen Anforderungen, wie zum Beispiel Nahend- und Fernendnebensprechen (NEXT "near end cross talk", FEXT "far end cross talk"), Rückflussdämpfung (RETURN LOSS), Dämpfung (LOSS) entsprechen, wie beispielsweise auch in dem Standard DIN-EN 50173 beschrieben. Maßgebliche Design-Parameter zur Optimierung des Hochfrequenzverhaltens (HF-Verhaltens) bei differenziellen Datenpaaren sind zum Beispiel die Dielektrizitätskonstante des verwendeten isolierenden Werkstoffs, der geometrische Abstand der Paare zueinander bzw. die Dicke der Leitungen oder Kontakte. Bei einem Modul oder Gerät, bestehend aus einzelnen Komponenten, ist durch das Einzelverhalten jeder Komponente ein gewisses HF-Verhalten vorgegeben.
In der Telekommunikations- und/oder Büroanwendungstechnik, werden herkömmlicherweise Modular-Steckverbindungen verwendet werden, die eine Parallel- oder Reihenanordnung der mit Gegenkontakten zu verbindenden Kontakte besitzen, wie z.B. der RJ-45 Stecker. In diesen Bereichen ist es Stand der Technik, dass bei einem Verbindungsglied der Einzelkomponenten, wie zum Beispiel einer Leiterplatte, eine induktive und/oder kapazitive Kopplung eingebracht wird, die das vorher negative Verhalten kompensiert, so dass die Anforderungen an das Modul, wie zum Beispiel Cat5 (nach DIN EN 50173) erfüllt werden.
In Bezug auf den für die Telekommunikations- und/oder Büroanwendungstechnik umfangreichen Stand der Technik sind beispielhaft die EP 1 063 734 , EP 1 096 620 , EP 1 170 834 , EP 1 414 115 , US 5,310,363 , US 5,326,284 , US 5,997,358 , US 6,099,357 , US 6,319,069 , US 6,402,560 , US 6,840,779 , US 2004/0147165 , US 2005/0277339 , US 2006/0160428 , WO 01/80376 , WO 02/17442 , WO 2005/081369 , WO 2005/117200 , WO 2006/017332 , WO 2006/062794 und WO 2006/068974 genannt.
Die Anwendung und Technologie der strukturierten Verkabelung von Bürogebäuden sind somit soweit eingeführt und gereift, dass heute neue Standardisierungsarbeiten im Gange sind, um den Erfolg aus der Bürowelt auch in die Industrieumgebung zu übertragen. Gegenüber der Büro- und Telekommunikationswelt mit der üblichen Baum- und Sternstruktur sind im industriellen Bereich jedoch Linien- und Ringstrukturen zu berücksichtigen. Ferner müssen neben Sprache und konventioneller Datenübertragung Prozesssteuerungen und Regelungen unter allen Betriebsbedingungen sicher funktionieren, welches zusätzlich zu erhöhten Umweltanforderungen in unterschiedlichen Industriebereichen weiter erhöhte Anforderungen an die Zuverlässigkeit stellt.
Die unterschiedlichen Anforderungen zwischen der Telekommunikations- und/oder Büroanwendungstechnik einerseits und der Industrieumgebung anderseits führen daher zwangsläufig zu unterschiedlichen Steckverbindungsvarianten und die in Bezug auf in der Telekommunikations- und/oder Büroanwendungstechnik eingesetzten Modular-Stecker entwickelten Lösungen sind nicht ohne weiteres auf industrielle Steckverbinder übertragbar.
Im Bereich der industriellen Steckverbinder gibt es bislang zwei Tendenzen. Zum einen werden handelsübliche RJ45-Stecker, wie sie aus dem Bürokommunikationsbereich bekannt sind, durch ein äußeres Packaging für einen Einsatz in industrieller Umgebung vorbereitet. Insbesondere gibt es verschiedene Gehäusevarianten für raue Umgebungsbedingungen, in die RJ 45-Steckverbindereinsätze, geschirmt oder ungeschirmt, für 100, 250 oder 600 MHz einsetzbar sind. Die Gehäusevarianten unterscheiden sich durch Form (Rund- oder Rechteckverbindungsgehäuse), Verriegelungsvorrichtungen (Schraub-, Bajonett-, Rasthebel-, Push Pull-Verriegelung) und besondere Eigenschaften, wobei die Varianten häufig nicht steckkompatibel sind.
Zum anderen werden im industriellen Bereich weit verbreitete Stecker, wie der in der Feldbusebene in vielen Anwendungen für raue Umgebungsbedingungen eingeführte M12-Rundsteckverbinder von ihrem inneren Aufbau dahingehend modifiziert, dass die Anforderungen hinsichtlich Datenübertragung erfüllt werden können. Im M12-Umfeld gibt es inzwischen 4-polige Steckverbinder, sowohl als Patch- Kabel als auch in feldkonfektionierbarer Version, die die Anforderungen gemäß Cat5 erfüllen.
Wird für höhere Übertragungsraten die Technologie des Signalmultiplexen eingesetzt, sind mehr Datenpaare, wenigstens 4 Datenpaare, notwendig. Hierzu gibt es am Markt bislang lediglich vorkonfektionierte M12-Patchkabel in 8-poliger Ausführung, die die Anforderung Cat5 erfüllen.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen für den rauhen Feldbereich der industriellen Anwendung und im Feld konfektionierbaren Industrie-Rundsteckverbinder bereitzustellen, der zur Übertragung von Multiplexsignalen und somit auch für Ethernet-Anwendungen einsetzbar ist.
Erfindungsgemäße Lösungen sind in den Ansprüchen definiert, wobei die Unteransprüche weitere vorteilhafte und/oder bevorzugte Ausführungsformen und Weiterbildungen wiedergeben.
Erfindungsgemäß ist ein innerer, in drei Einzel-Hauptelemente untergliederbarer Steckverbinderaufbau vorgesehen, bei welchem ein Teil die Steckkontakte sind, die für ein Verbinden mit einem Gegenverbinder als kreisförmiges Steckgesicht des Steckverbinders angeordnet sind, ein weiterer Teil ein Anschlussblock ist, der einen Anschluss einer Datenleitung im Feld und somit die Konfektionierbarkeit ermöglicht und das dritte Teil eine Leiterplatte ist, welche ein anpassbares Bindeglied zwischen dem Anschlussblock und den Steckkontakten bildet und die Verbindung der Signalübertragungswege zwischen den Steckkontakten und den Anschlusskontakten des Anschlussblocks bereitstellt, so dass somit die freie Konfektionierbarkeit, die Übertragung von Multiplexsignalen und der Einsatz für Ethernet-Anwendungen bei einem industrietauglichen Steckverbinder mit kreisförmigen Steckgesicht erstmalig ermöglicht ist.
Erfindungsgemäß ist insbesondere ein industrietauglicher Rundverbinder vorgesehen, der ein Verbindungselement mit einem runden Querschnitt zum mechanischen Verbinden mit einem komplementären Gegenverbinder in Richtung einer senkrecht zum Querschnitt verlaufenden Verbindungsachse umfasst, sowie eine Leiterplatte, die sich parallel zum Querschnitt erstreckt und eine erste und eine gegenüberliegende zweite äußere Oberfläche besitzt, die in entlang der Verbindungsachse blicken, sowie eine Vielzahl von länglichen Steckkontakten, die sich im Wesentlichen entlang oder parallel der Verbindungsachse erstrecken und jeweils entgegengesetzte erste und zweite Enden besitzen, wobei die ersten Enden der Steckkontakte von Seiten der ersten äußeren Oberfläche kommend in der Leiterplatte gehalten sind, und die gegenüberliegenden zweiten Enden ein kreisförmiges Steckgesicht definieren, sowie einen an der zweiten äußeren Oberfläche angeordneten Anschlussblock mit einer der Anzahl der Steckkontakte entsprechenden Anzahl von Anschlusskontakten, die von Seiten der zweiten äußeren Oberfläche kommend in der Leiterplatte gehalten sind, wobei der Anschlussblock ferner zu jedem Anschlusskontakt eine mit diesem elektrisch verbundene Aufnahmeeinrichtung zum Aufnehmen einer Ader eines Datenkabels besitzt, und wobei die Leiterplatte Leiterbahnen in wenigstens zwei Ebenen beherbergt, von denen einige zur Herstellung eines jeweiligen Signalübertragungsweges jeweils einen Steckkontakt und einen Anschlusskontakt elektrisch kontaktieren, und andere eine Kapazität zwischen ausgewählten Signalübertragungswegen aufbauen.
Bevorzugt ist der Verbinder ein 8-poliger M12 Rundsteckverbinder. Ist dieser als Rundstecker ausgebildet sind zweckmäßig die zweiten Enden der Steckkontakte als Stiftkontakte ausgebildet.
Die Leiterplatte besitzt zweckmäßig mehrere Schichten und einen grundsätzlich sandwichartigen Aufbau, wobei sich Schichten mit Leiterbahnen und dielektrische Schichten abwechseln.
Von Vorteil ist, wenn eine Kapazität zwischen jeweils einem der ausgewählten Signalübertragungswege jeweils über zwei Leiterbahnen aufgebaut ist, die auf unterschiedlichen, durch eine dielektrische Schicht beabstandete Schichten angeordnet sind. In praktischer Ausführung bilden jeweils zwei Leiterbahnen zum Aufbauen einer Kapazität einen flächigen Plattenkondensator aus.
Bevorzugte Ausführungen umfassen Plattenkondensatoren, die in wenigstens zwei unterschiedlichen Ebenen ausgebildet sind.
Zweckmäßiger Weise ist eine dielektrische Schicht zwischen zwei Schichten, über welche ein Plattenkondensator aufgebaut ist dünner, als eine dielektrische Schicht zwischen zwei in unterschiedlichen Ebenen bereitgestellten Plattenkondensatoren.
Von Vorteil ist ferner, um eine größtmögliche Kompatibilität zu gewährleisten, dass die Signalübertragungswege auf dem RJ-45 Standard basieren.
Bei bevorzugten Ausführungsformen ist das Anschlusskontaktbild des Anschlussblocks rechteckig ausgebildet, so dass auch bereits am Markt etablierte Anschlussblöcke einsetzbar sind.
Zur vereinfachten Integration sind die Anschlusskontakte parallel zu und um die Verbindungsachse herum in der Leiterplatte gehalten.
Der Durchmesser des kreisförmigen Steckgesicht ist durch auf einem Radius um die Verbindungsachse herum angeordnete Steckkontakte gegeben, wobei gemäß bevorzugter Weiterbildung die ersten Enden dieser Steckkontakte auf einem ersten gemeinsamen Radius um die Verbindungsachse herum angeordnet sind, und zwischen diesen ersten Enden und den jeweils entgegengesetzten zweiten Enden dieser Steckkontakte ein Übergangsbereich ausgebildet ist, derart, dass diese zweiten Enden auf einem zweiten gemeinsamen Radius um die Verbindungsachse herum angeordnet sind und innerhalb des Radius ein weiterer, innerer Steckkontakt angeordnet ist.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die Zeichnungen. In den Zeichnungen zeigen:
1 eine Ansicht eines 8-poligen M12-Rundsteckverbinders,
2 eine Teilansicht des inneren Aufbaus eines 8-poligen M12-Rundsteckverbinders nach der Erfindung betreffend die Anordnung der Steckkontakte, eines Anschlussblocks und einer zwischen diesen angeordneten Leiterplatte,
3 eine skizzenhafte Draufsicht auf einen gemäß 2 eingesetzten Anschlussblock von Seiten der Leiterplatte,
4 eine Draufsicht auf die auf der Leiterplatte angeordneten Steckkontakte gemäß 2,
5a einen gebogenen Verbinderkontakt des frei konfektionierbaren M12-Rundsteckverbinders gemäß 2,
5b den mittleren Verbinderkontakt des frei konfektionierbaren M12-Rundsteckverbinders gemäß 2,
6 schematischen Lagenaufbau der Leiterplatte gemäß 2,
7 eine schematische Draufsicht auf die erste Lage der Leiterplatte gemäß 6,
8 eine schematische Draufsicht auf die dritte Lage der Leiterplatte gemäß 6,
9 eine schematische Draufsicht auf die fünfte Lage der Leiterplatte gemäß 6,
10 eine schematische Draufsicht auf die siebte Lage der Leiterplatte gemäß 6,
11 ein Diagramm betreffend die Rückflussdämpfung basierend auf einem Leiterplattenaufbau gemäß den 7 bis 10, und
12 ein Diagramm betreffend die Nebensprechdämpfung basierend auf einem Leiterplattenaufbau gemäß den 7 bis 10.
Nachfolgend wird eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung am Beispiel eines 8-poligen M12-Rundsteckverbinders beschrieben.
1 zeigt den grundsätzlichen Aufbau eines 8-poligen M12-Rundsteckverbinders, vorliegend eines 8-poligen Rundsteckers 100 mit einem äußeren, eine Schirmung umfassenden, im Querschnitt runden Gehäuse 101 und einem Verbindungselement 102 mit rundem Querschnitt zum mechanischen Verbinden mit einem komplementären Gegenrundverbinder entlang einer senkrecht zum Querschnitt verlaufenden Verbindungsachse "V". Das Verbindungselement 102 weist im vorliegenden Beispiel eine Schraubverriegelung auf, so dass der Rundstecker gemäß 1 der Norm DIN EN 61076 entspricht, welche Rundsteckverbinder für Steuerkreise in Industrieanlagen, wie Schaltanlagen und -geräte, beschreibt und auch Bauartspezifikation für Rundsteckverbinder M8 mit Schraub- oder Rastverriegelung und M12 mit Schraubverriegelung für Niederspannungsanwendung und entsprechend auch das kreisförmige Stecker- oder Verbindungsgesicht definiert, welches sich durch die länglichen, sich im Wesentlichen entlang oder parallel der Verbindungsachse erstrecken, im Gehäuseinneren angeordneten Steckkontakte 10 einstellt. Die Festlegung des Kontaktdurchmessers sowie die genormten Abmessungen sind ebenfalls genau definiert. Der Rundstecker 100 weist ferner eine Codierung 103 auf.
2 zeigt für einen solchen Rundstecker 100 gemäß 1 eine Teilansicht des erfindungsgemäß angepassten inneren Aufbaus betreffend die verbindungstechnische Anordnung der Verbinderkontakte 10 über eine Leiterplatte 20 mit einem Anschlussblock 30 zur freien Konfektionierbarkeit.
Die länglichen Steckkontakte 10 des Rundsteckers 100 sind stiftartig mit jeweils entgegengesetzten ersten und zweiten Kontaktenden ausgebildet. Im Falle einer Rundbuchse als Rundsteckverbinder sind die Steckkontakte entsprechend buchsenartig ausgebildet.
Ein Kontaktende jedes Steckkontakts mündet jeweils in der Leiterplatte 20 und die entgegengesetzten Kontaktenden definieren zusammen das kreisförmige Steckergesicht. Die Leiterplatte 20 erstreckt sich senkrecht zur Verbindungsachse "V", wobei sie zur vereinfachten Montage im Gehäuse 101 eine runde Form aufweist, und besitzt zwei gegenüberliegende äußere, planare Oberflächen, die entlang der Verbindungsachse "V" blicken. Die in der Leiterplatte 20 gehaltenen Kontaktenden bilden jeweils einen im Wesentlichen rechten Winkel mit der Leiterplattenoberfläche aus, von deren Seite kommend sie in der Leiterplatte gehalten sind.
An der gegenüberliegenden äußeren Leiterplattenoberfläche ist der Anschlussblock 30 angeordnet. Der Anschlussblock 30 besitzt eine der Anzahl der Steckkontakte 10 entsprechende Anzahl von Anschlusskontakten, die von dieser gegenüberliegenden Leiterplattenoberfläche kommend ebenfalls in der Leiterplatte 20 gehalten sind. Die in der Leiterplatte gehaltenen Anschlusskontakte sind parallel zur und um die Verbindungsachse "V" herum angeordnet.
Zu jedem Anschlusskontakt besitzt der Anschlussblock ferner eine mit diesem elektrisch verbundene, nicht explizit dargestellte Aufnahmeeinrichtung 40 zum Aufnehmen einer Ader eines Datenkabels, wodurch die freie Konfektionierbarkeit des industriellen Rundsteckverbinders im Feld ermöglicht ist. Vorzugsweise wird ein Anschlussblock eingesetzt, der für die Aderaufnahmeeinrichtungen eine an und für sich bekannte Schneidklemmentechnik verwendet, da diese Art des Leitungsanschlusses ein oftmals kostspieliges Konfektionierwerkzeug erübrigt und somit zu einer Zeitersparnis führt.
Der innere Aufbau des erfindungsgemäßen 8-poligen Rundsteckers gemäß 2 kann somit in drei Einzel-Hauptkomponenten untergliedert werden. Ein Teil sind die acht Steckkontakte 10, die für ein Verbinden mit einem Gegenverbinder als Steckgesicht des Rundsteckers angeordnet sind, ein weiterer Teil ist der Anschlussblock 30 der einen Anschluss einer Datenleitung im Feld und somit die Konfektionierbarkeit ermöglicht und das dritte Teil ist die Leiterplatte 20, welche ein Bindeglied zwischen dem Anschlussblock 30 und den Stiftkontakten 10 bildet und die Verbindung der Signalübertragungswege zwischen den Stiftkontakten 10 und den Anschlusskontakten des Anschlussblocks 30 bereitstellt.
Durch den Einsatz von Zweidrahtleitungen bzw. Signalübertragungswegpaarungen, welche auch bei Ethernet-Anwendungen üblich sind, kann folglich im Anschlussblock 30 und bei Überleitung auf die Kontakte 10 ein Nebensprechen zwischen benachbarten Signalübertragungswegen und eine kapazitive Unsymmetrie hervorgerufen werden, wobei die Anforderungen, insbesondere in Bezug auf NEXT und RETURN LÖSS, an einen Steckverbinder höher sind als die an ein Patchkabel und die Übertragungsstrecke eines Steckverbinders in Bezug auf NEXT und RETURN LÖSS besser gedämpft sein muss.
Bei einem freikonfektionierbaren industrietauglichen Rundsteckverbinder nach der Erfindung, der auch für Ethernet-Anwendungen, z.B. nach CAT5 (Kategorie 5), einsetzbar ist, beherbergt die Leiterplatte 20, welche das Bindeglied zwischen Anschlussblock 30 und Steckkontakte 10 bildet, in wenigstens zwei Ebenen Leiterbahnen, von denen einige zur Herstellung eines jeweiligen Signalübertragungsweges zwischen einem Steckkontakt und einem Anschlusskontakt diese untereinander elektrisch kontaktieren, und andere eine Kapazität zwischen ausgewählten Signalübertragungswegen bereitstellen.
Hierdurch kann einerseits gewährleist werden, dass Leiterbahnen im Falle eines notwendigen Kreuzens von Signalübertragungswegen nicht zu Kurzschlüssen führen und ausreichende Isolationsabstände einhalten. Andererseits können kapazitive Unsymmetrien durch zusätzliche in der Leiterplatte integrierte Kapazitäten ausgeglichen werden, um eine möglichst homogene kapazitive Symmetrie herzustellen.
Die Leiterplatte 20 ist ferner eine Komponente, die in ihrem Layout und ihrer elektrischen Funktionsweise im Rahmen der Erfindung je nach verwendetem spezifischen Anschlussblock 30 angepasst werden kann. Folglich kann die Erfindung auch bereits am Markt erhältliche Anschlussblöcke integrieren ohne diese zu verändern. Ein solcher, am Markt bereits erhältlicher Anschlussblock 30 besitzt z.B. zwei parallel angeordnete Reihen mit jeweils vier Anschlusskontakten, wobei bei 2 mit den Bezugsziffern 31, 32, 33 und 34 eine Reihe von Anschlusskontakten und zugeordneten Aufnahmeeinrichtungen angedeutet ist.
Für die nachfolgende Beschreibung wird ferner davon ausgegangen, dass der Anschlussblock 30 gemäß 2 ein Anschlussblock eingesetzt ist, der mit seinen Anschlusskontakten dem Steckgesicht eines RJ45 Steckverbinders, wie er aus dem Telekommunikations- und Office-Bereich bekannt ist, angelehnt ist. Das eröffnet die zusätzliche Möglichkeit eine Leitung zu konfektionieren, bei der an einer Seite ein RJ45 Steckverbinder angebracht ist und die Gegenseite mit einem M12-Rundsteckverbinder nach der Erfindung konfektioniert ist. Eine solche Anwendung ist vorteilhaft, wenn zum Beispiel eine Speicher Programmierbare Steuerung (SPS) mittels eines Notebooks zu programmieren ist. Die Schnittstelle an der SPS kann folglich mit dem industrietauglichen M12-Rundsteckverbinder ausgestattet sein, während an dem Notebook die Standard RJ45 Steckverbindung erhalten bleibt. Bei dieser Anwendung ist das Notebook für eine Industrieanwendung vor Ort genauso nutzbar, wie an einem Arbeitsplatz in einem Büro ohne zwei unterschiedliche Schnittstellen zu benötigen. Auch wenn es bisher für die Belegung des 8-poligen M12-Steckverbinders für Ethernet-Anwendungen keine genormte Pinbelegung gibt, wird hierdurch folglich eine umfangreiche Kompatibilität zum bestehenden Markt gewährleistet.
Eine skizzenhafte Draufsicht auf einen solchen Anschlussblock von Seiten der Leiterplatte zeigt 3. Die Zuordnung zwischen den Anschlusskontakten 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37 und 38 und angeschlossen Signalübertragungsadern ist hierbei an den Ethernet Standard angelehnt. Die Anschlusskontakte 35 und 36 sind dem ersten Signalpaar "1" zugeordnet, wobei angenommen ist, dass der Anschlusskontakt 36 bei Verwendung von "Twisted Pair-Leitungen" der "gestreiften" Ader zugeordnet ist. Die Anschlusskontakte 37 und 38 sind dem zweiten Signalpaar "2" zugeordnet, wobei der Anschlusskontakt 37 der "gestreiften" Ader zugeordnet ist. Die Anschlusskontakte 33 und 34 sind dem dritten Signalpaar "3" zugeordnet, wobei der Anschlusskontakt 34 der "gestreiften" Ader zugeordnet ist. Die Anschlusskontakte 31 und 32 sind dem vierten Signalpaar "4" zugeordnet, wobei der Anschlusskontakt 32 der "gestreiften" Ader zugeordnet ist.
Eine skizzenhafte Draufsicht auf die auf der Leiterplatte angeordneten Steckkontakte 10 zeigt 4. Die acht Steckkontakte sind mit 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17 und 18 bezeichnet. Damit der erfindungsgemäße 8-polige freikonfektionierbare Rundsteckverbinder mit dem Markt und dem Layout von 8-poligen vorkonfektionierten Steckverbinders übereinstimmt, bilden die Steckkontakte 17 und 11, 13 und 12, 18 und 15 sowie 16 und 14 jeweils das Steckkontaktpaar für das Signalpaar 4, 2, 1 bzw. 3. Für die nachfolgende Beschreibung wird die entsprechend zugeordnete Belegung von Signalübertragungswegpaaren mit 7-1 (Signalpaar 4), 3-2 (Signalpaar 2), 8-5 (Signalpaar 1) und 6-4 (Signalpaar 3) bezeichnet.
In den 3 und 4 sind mit der Bezugsziffer 39 ferner mechanische Positionierhilfen für den Anschlussblock 30 an der Leiterplatte 20 gekennzeichnet, welche z.B. zwei kleine, in die Leiterplatte 20 einsetzbare Führungspins des Anschlussblock 30 sind. Wie aus 4 ferner ersichtlich integriert die Erfindung aufgrund der im Wesentlichen entlag einer Achse ausgerichteten, gegenüberliegenden Anordnung von Steckkontakten 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18 0 und Anschlusskontakten 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38 eine angepasste Geometrie der Steckkontakte, damit das Steckergesicht des Rundsteckers einschließlich des Durchmessers in der Kontaktzone zum Kontaktieren eines Gegenrundsteckverbinders weiterhin den normgemäßen Vorschriften genügt, da es ansonsten zu Schwierigkeiten im Layout der Leiterplatte kommen kann.
Durch die Anpassung der Geometrie, bei 5a für die äußeren Stiftkontakte 11, 12, 13, 14, 15, 16 und 17 beispielhaft am Steckkontakt 11 gezeigt und bei 5b für den inneren Stiftkontakt 18 gezeigt, ist jedoch auf vorteilhafte Weise die Einhaltung von Isolationsstrecken ermöglicht und ein Kurzschluss zwischen einzelnen Kontakten und Anschlusskontakten beim Aufbau der Leiterplatte verhindert.
Gemäß 5a besitzt der äußere Steckkontakt 11 zwischen dessen jeweils entgegengesetzten Enden 111 und 112 einen gebogenen Übergangsbereichs. Das in der Leiterplatte 20 gehaltene Enden 111 sowie die entsprechenden Enden der anderen äußeren Steckkontakte 12, 13, 14, 15, 16, 17 liegen folglich, wie auch der 3 zu entnehmen auf einem gemeinsamen größeren Radius um die Verbindungsachse herum und halten folglich einen ausreichenden Abstand zu den in der Leiterplatte 20 gehaltenen Anschlusskontakten 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37 und 38 ein, wohingegen das entgegengesetzte Kontaktende sowie die entsprechenden Kontaktenden der anderen äußeren Steckkontakte 12, 13, 14, 15, 16, 17 durch die Biegung bzw. den Übergangsbereich weiterhin auf dem für ein normiertes Steckergesicht erforderlichen gemeinsamen Radius um die Verbindungsachse herum angeordnet sind.
Der mittlere Steckkontakt 18 des Rundsteckverbinders ist gemäß 5b weiterhin grundsätzlich gerade ausgeführt und weist eine dünne Spitze als Kontaktende 181 auf, welche einen Lötpin des Steckkontaktes 18 bei der Halterung in der Leiterplatte 20 bildet.
Das Steckergesicht des erfindungsgemäßen, freikonfektionierbaren Rundsteckverbinders nach der Norm kann somit auch bei vorstehend aufgezeigten Anschlussblöcken umgesetzt werden.
Wie vorstehend ausgeführt umfasst der freikonfektionierbare, auch im Ethernet einsetzbare Rundsteckverbinder gemäß der Erfindung eine Leiterplatte 20, die in wenigstens zwei Ebenen Leiterbahnen beherbergt, von denen einige zur Herstellung eines jeweiligen Signalübertragungsweges jeweils einen Steckkontakt und einen Anschlusskontakt innerhalb der Leiterplatte elektrisch kontaktieren, und andere eine Kapazität zwischen bestimmten Signalübertragungswegen aufbauen.
Bei einer in Bezug auf die 3 und 4 angenommen Adernbelegung wird zweckmäßig eine aus wenigstens sieben Schichten sandwichartig aufgebaute Leiterplatte 20, wie nachfolgend anhand der 6 bis 10 beschrieben eingesetzt. Hierbei bilden bevorzugt jeweils zwei Leiterbahnen zum Aufbauen einer Koppelkapazität einen in der Leiterplatte integrierten Plattenkondensator, wobei ein solcher Plattenkondensator in bevorzugter praktischer Ausführung durch jeweils zwei in unterschiedlichen Ebenen angeordnete flächige Kondensatorplättchen, z.B. durch Aufbringen von Kupferflächen, gebildet wird.
6 zeigt skizzenhaft den für das Ausführungsbeispiel gewählten mehrschichtigen Aufbau der Leiterplatte 20. Der Aufbau umfasst insgesamt sieben Schichten oder Lagen 21, 22, 23, 24, 25, 26 und 27.
Die erste, dritte, fünfte und siebte Schicht 21, 23, 25 bzw. 27 umfassen jeweils durch Metalllisierung aufgebrachte oder eingeprägte Leiterbahnen zum elektrischen Verbinden von Signalübertragungswegen und/oder zum Verbinden von ausgewählten Signalübertragungswegen mit Ausgleichs- oder Koppelkapazitäten.
Die jeweils dazwischen liegenden Schichten, gemäß 6 die zweite, vierte und sechste Schicht 22, 24, bzw. 26 umfassen das Basismaterial der Leiterplatte und dienen als Dielektrikum.
Die Schichten 22 und 26 dienen als Dielektrikum für in die Schichten 21 und 23 bzw. 25 und 27 integrierte Plattenkondensatoren und sind dünner als die Schicht 24, welche als Dielektrikum zwischen zwei, in unterschiedlichen Ebenen integrierten Plattenkondensatoren dient, also zwischen einem in die Schichten 21 und 23 integrierten Plattenkondensator und einem in die Schichten 25 und 27 integrierten Plattenkondensator.
Der Abstand der einzelnen Leiterbahnschichten bzw. Lagen 21, 23, 25, 27 kann ferner durch den konstruktiven Aufbau der Leiterplatte vorgegeben sein und die Kapazitätsgröße kann aufgrund fester Vorgaben und einer konstanten Dielektrizitätszahl des Basismaterials der Leiterplatte anhand der Größe der Kondensatorflächen variiert werden.
Als Leiterplattenbasismaterial kann z.B. ein FR-4 Material eingesetzt werden.
Die 7, 8, 9 und 10 zeigen nacheinander die Leiterbahnenführung auf der ersten Leiterbahnen umfassenden Schicht 21, gemäß 6 die erste bzw. obere Schicht, der zweiten Leiterbahnen umfassenden Schicht 23, gemäß 6 die erste innere Leiterbahnen umfassende bzw. dritte Schicht 23, der dritten Leiterbahnen umfassenden Schicht 25, gemäß 6 die zweite innere Leiterbahnen umfassende bzw. fünfte Schicht 25, und der vierten Leiterbahnen umfassenden Schicht 27, gemäß 6 die siebte bzw. untere Schicht 27.
Wie ersichtlich sind über die Schicht 23 elektrisch miteinander verbunden:
der Steckkontakt 11 und der Anschlusskontakt 32,
der Steckkontakt 16 und der Anschlusskontakt 33,
der Steckkontakt 14 und der Anschlusskontakt 34,
der Steckkontakt 13 und der Anschlusskontakt 38, sowie
der Anschlusskontakt 33 mit einer Kondensatorplatte 211 und
der Anschlusskontakt 37 mit einer Kondensatorplatte 212;
und über die Schicht 22 sind elektrisch miteinander verbunden:
der Steckkontakt 14 mit einer Kondensatorplatte 232 und
der Anschlusskontakt 38 mit einer Kondensatorplatte 231.
Die Kondensatorplatte 211 und die Kondensatorplatte 231 bilden hierbei einen ersten Plattenkondensator zum Bereitstellen einer ersten Ausgleichkapazität und die Kondensatorplatte 212 und die Kondensatorplatte 232 bilden einen zweiten Plattenkondensator zum Bereitstellen einer zweiten Ausgleichkapazität.
Über die Schicht 25 sind elektrisch miteinander verbunden:
der Steckkontakt 17 mit einer Kondensatorplatte 253 und
der Anschlusskontakt 32 mit einer Kondensatorplatte 254;
und über die Schicht 27 sind elektrisch miteinander verbunden:
der Steckkontakt 12 und der Anschlusskontakt 37,
der Steckkontakt 17 und der Anschlusskontakt 31,
der Steckkontakt 15 und der Anschlusskontakt 36,
der Steckkontakt 18 und der Anschlusskontakt 35, sowie
der Anschlusskontakt 34 mit einer Kondensatorplatte 273;
der Anschlusskontakt 33 mit einer Kondensatorplatte 274.
Die Kondensatorplatte 253 und die Kondensatorplatte 273 bilden hierbei einen dritten Plattenkondensator zum Bereitstellen einer dritten Ausgleichkapazität und die Kondensatorplatte 254 und die Kondensatorplatte 274 bilden einen vierten Plattenkondensator zum Bereitstellen einer vierten Ausgleichkapazität.
Unter zusätzlicher Berücksichtigung der Beschreibung zu 3 und 4 liegt somit das erste Signalpaar 1, welches gemäß Anschlussblock 30 über die Anschlusskontakte 35-36 geführt wird, liegt somit an den Steckkontakten 18-15 (Signalübertragungswegpaar 8-5) an. Das zweite Signalpaar 2, welches gemäß Anschlussblock 30 über die Anschlusskontakte 38-37 geführt wird, liegt somit an den Steckkontakten 13-12 (Signalübertragungswegpaar 3-2) an.
Das dritte Signalpaar 3, welches gemäß Anschlussblock 30 über die Anschlusskontakte 33-34 geführt wird, liegt somit an den Steckkontakten 16-14 (Signalübertragungswegpaar 6-4) an. Das vierte Signalpaar 4, welches gemäß Anschlussblock 30 über die Anschlusskontakte 31-32 geführt wird, liegt somit an den Steckkontakten 17-11 (Signalübertragungswegpaar 7-1) an.
Ferner ist zwischen den Signalübertragungswegen 3 und 6, den Signalübertragungswegen 2 und 4, den Signalübertragungswegen 7 und 4 sowie den Signalübertragungswegen 1 und 6 jeweils eine Kapazität geschaltet.
Basierend auf vorbeschriebenem spezifischen Ausführungsbeispiel geben die 10 und 11 beispielhafte Messkurven für das RETURN LÖSS der einzelnen Signalpaare und das NEXT der verschiedenen Signalpaarkombinationen des erfindungsgemäßen industrietauglichen und konfektionierbaren Rundsteckverbinder, der auch für Ethernet einsetzbar ist, wieder. Zu sehen ist, dass in Bezug auf beide Größen die Cat5 Anforderungen für Steckverbinder erfüllt sind.
Es ist dem Fachmann ersichtlich, dass die Erfindung nicht auf das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt ist, sondern vielmehr in vielfältiger Weise variiert werden kann. Insbesondere können, soweit nicht ausdrücklich angegeben, Merkmale auch in unterschiedlicher Weise miteinander kombiniert werden.

Claims

Verbinder, welcher einen inneren Steckverbinderaufbau unfasst, der in drei Einzel-Hauptelemente untergliederbar ist, wobei ein Teil Steckkontakte sind, die für ein Verbinden mit einem Gegenverbinder als kreisförmiges Steckgesicht des Verbinders angeordnet sind, ein weiterer Teil ein Anschlussblock ist, der einen Anschluss einer Datenleitung im Feld bietet und das dritte Teil eine Leiterplatte ist, welche ein anpassbares Bindeglied zwischen dem Anschlussblock und den Steckkontakten bildet und die Verbindung der Signalübertragungswege zwischen den Steckkontakten und den Anschlusskontakten des Anschlussblocks bereitstellt.
Verbinder, insbesondere nach vorstehendem Anspruch, umfassend ein Verbindungselement mit einem runden Querschnitt zum mechanischen Verbinden mit einem komplementären Gegenverbinder in Richtung einer senkrecht zum Querschnitt verlaufenden Verbindungsachse, eine Leiterplatte, die sich parallel zum Querschnitt erstreckt und eine erste und eine gegenüberliegende zweite äußere Oberfläche besitzt, die in entlang der Verbindungsachse blicken, eine Vielzahl von länglichen Steckkontakten, die sich im Wesentlichen entlang oder parallel der Verbindungsachse erstrecken und jeweils entgegengesetzte erste und zweite Enden besitzen, wobei die ersten Enden der Steckkontakte von Seiten der ersten äußeren Oberfläche kommend in der Leiterplatte gehalten sind, und die gegenüberliegenden zweiten Enden ein kreisförmiges Steckgesicht definieren, einen an der zweiten äußeren Oberfläche angeordneten Anschlussblock mit einer der Anzahl der Steckkontakte entsprechenden Anzahl von Anschlusskontakten, die von Seiten der zweiten äußeren Oberfläche kommend in der Leiterplatte gehalten sind, wobei der Anschlussblock ferner zu jedem Anschlusskontakt eine mit diesem elektrisch verbundene Aufnahmeeinrichtung zum Aufnehmen einer Ader eines Datenkabels besitzt, wobei die Leiterplatte Leiterbahnen in wenigstens zwei Ebenen beherbergt, von denen einige zur Herstellung eines jeweiligen Signalübertragungsweges jeweils einen Steckkontakt und einen Anschlusskontakt elektrisch kontaktieren, und andere eine Kapazität zwischen ausgewählten Signalübertragungswegen aufbauen.
Verbinder nach einem der vorstehenden Ansprüche, welcher ein 8-poliger M12 Verbinder ist.
Verbinder nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei welchem die zweiten Enden der Steckkontakte als Stiftkontakte ausgebildet sind.
Verbinder nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 3, wobei die zweiten Enden der Steckkontakte buchsenartig ausgebildet sind.
Verbinder nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei welchem die Leiterplatte mehrere Schichten und einen grundsätzlich sandwichartigen Aufbau besitzt, wobei sich Schichten mit Leiterbahnen und dielektrische Schichten abwechseln.
Verbinder nach vorstehendem Anspruch, bei welchem eine Kapazität zwischen jeweils einem der ausgewählten Signalübertragungswegen jeweils über zwei Leiterbahnen aufgebaut ist, die auf unterschiedlichen, durch eine dielektrische Schicht beabstandete Schichten angeordnet sind.
Verbinder nach vorstehendem Anspruch, bei welchem jeweils zwei Leiterbahnen zum Aufbauen einer Kapazität einen flächigen Plattenkondensator ausbilden.
Verbinder nach vorstehendem Anspruch, bei welchem Plattenkondensatoren in wenigstens zwei unterschiedlichen Ebenen ausgebildet sind.
Verbinder nach vorstehendem Anspruch, bei welchem die dielektrische Schicht zwischen zwei Schichten, über welche ein Plattenkondensator aufgebaut ist, dünner ist, als eine dielektrische Schicht zwischen zwei in unterschiedlichen Ebenen bereitgestellten Plattenkondensatoren.
Verbinder nach vorstehendem Anspruch, bei welchem die Signalübertragungswege auf dem RJ-45 Standard basieren.
Verbinder nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei welchem das Anschlusskontaktbild des Anschlussblocks rechteckig ausgebildet ist.
Verbinder nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei welchem die Anschlusskontakte parallel zu und um die Verbindungsachse herum in der Leiterplatte gehalten sind.
Verbinder nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei welchem der Durchmesser des kreisförmigen Steckgesichts durch auf einem Radius um die Verbindungsachse angeordnete Steckkontakte gegeben ist.
Verbinder nach vorstehendem Anspruch, bei welchem die ersten Enden dieser Steckkontakte auf einem ersten gemeinsamen Radius um die Verbindungsachse herum angeordnet sind.
Verbinder nach vorstehendem Anspruch, bei welchem zwischen diesen ersten Enden und den jeweils entgegengesetzten zweiten Enden dieser Steckkontakte ein Übergangsbereich ausgebildet ist, derart, dass diese zweiten Enden auf einem zweiten gemeinsamen Radius um die Verbindungsachse herum angeordnet sind.
Verbinder nach einem der drei vorstehenden Ansprüche, bei welchem innerhalb des Radius ein weiterer, innerer Steckkontakt angeordnet ist.