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Dokumentenidentifikation DE10108948C2 10.04.2003
Titel Steckverbindung
Anmelder Siemens AG, 80333 München, DE
Erfinder Jaenicke, Peter, 91058 Erlangen, DE;
Kunick, Matthias, 91126 Schwabach, DE;
Schweigert, Ralf, 91325 Adelsdorf, DE
DE-Anmeldedatum 23.02.2001
DE-Aktenzeichen 10108948
Offenlegungstag 19.09.2002
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 10.04.2003
Veröffentlichungstag im Patentblatt 10.04.2003
IPC-Hauptklasse H01R 24/00
IPC-Nebenklasse H01R 13/639   H04L 12/02   

Beschreibung[de]

Die Erfindung bezieht sich auf einen Steckverbindung gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie deren Verwendung.

Eine derartige gattungsgemäße Steckverbindung ist aus der Norm CEI/IEC 603-7, 1996-11, bekannt. Diese Steckverbindung wird bis heute in der Kommunikationstechnik, beispielsweise Telefon, bzw. in der Computertechnik verwendet. Mittels einer solchen Steckverbindung kann ein achtadriges Datenkabel mit einer Leiterplatte verbunden werden. Diese Steckverbindung ist sehr kostengünstig, mittels Crimpwerkzeug sehr einfach konfektionierbar, optimal an einem geforderten Wellenwiderstand anpassbar und sehr kompakt.

In jüngster Zeit werden verstärkt Anstrengungen zur Entwicklung industrietauglicher Ethernet-Komponenten unternommen. Dabei versucht man die aus der Bürokomminikation bekannten und daher weit verbreitete Technologie auch im Bereich der Industrieautomatisierung nutzbar zu machen. Ein Grund dafür liegt in der hohen Verfügbarkeit dieser Technologie und den damit verbundenen niedrigen Kosten.

Ethernet ist ein Standard für lokale Netzwerke, auch als LAN (Local Area Network) bezeichnet, von Arbeitsplatzrechnern, das sich auf Bus- oder Sterntopologie stützt. Daten werden in sogenannten Datentelegrammen übertragen, deren Länge flexibel definiert ist. In der Grundversion werden 10 Mbit/s übertragen.

Soll sich Ethernet in der Industrie durchsetzen, so werden dafür u. a. auch industrietaugliche Komponenten wie Stecker, Leitungen etc. benötigt. Zweckmäßig dabei ist natürlich, wenn soweit als möglich, auf bereits vorhandene Standards zurückgegriffen werden kann.

Günstige industrietaugliche Steckverbindungen sind nur durch hohe Stückzahlen erreichbar. Aus diesem Grund ist es fast unabdingbar, auf bereits gesetzte Standard zurückzugreifen.

Bei Ethernet hat sich der RJ45-Stecker als Standard etabliert. Die Verbindungstechnik besteht aus Buchse und RJ45- Stecker, die nach der Norm CEI/IEC 603-7, 1996-11, spezifiziert sind.

Die Abkürzung RJ steht für Registered Jack, wobei Jack mit Connector bezeichnet werden kann. Solche Steckverbindungen werden auch als "Western-Stecker" bezeichnet und umfassen eine Serie von Steckern, die in den USA entwickelt wurden und zunächst nur zum Anschluss von Telefonen verwendet wurden.

Neben den vierpoligen Varianten RJ11 und RJ14 stellt RJ45 die amerikanische technische Bezeichnung für den achtpoligen Western-Stecker dar. In Deutschland wird dieser überwiegend zum Anschluss von ISDN-Endgeräten an den SO-Bus sowie im LAN-Bereich bei Ethernet oder ATM verwendet.

Soll die Ethernet-Technologie zukünftig in der Industrie flächendeckend zum Einsatz kommen und sollen auch Sensoren und Aktoren mit dieser Kommunikationsschnittstelle ausgerüstet werden, so ist eine Erweiterung/Weiterentwicklung der Steckertechnik zwingend erforderlich.

Schwerpunktmäßig auftretende Probleme betreffen dabei:

  • - die realisierbare Schutzart,
  • - die erforderliche Robustheit bzgl. mechanischer Vibration und Schockbelastung,
  • - die Versorgung von Sensoren und Aktoren mit einer geeigneten Versorgungsspannung.

Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem letztgenannten Punkt, wobei das Augenmerk auf einer kostengünstigen Lösung liegt.

Zunächst sind folgende Lösungen denkbar:

In der Regel werden bei einer Ethernet-Physik nur vier Signale benötigt. Der RJ45-Stecker ist aber, wie erwähnt, 8-polig ausgeführt. Somit können für die Spannungsversorgung die noch freien vier Pins des Steckers verwendet werden.

Bei einer solchen Lösung trifft jedoch der Nachteil auf, dass der für die Versorgungsspannung zur Verfügung stehende Aderquerschnitt eingeschränkt ist, da beim RJ45-Stecker keine größeren Leitungs-Querschnitte crimpbar sind. Unter dem Ausdruck "crimpen" versteht man die Verbindung von Leitungen mit jeweils zugehörigen Kontaktelementen, die in der Regel durch Verquetschen hergestellt wird. Für diese Standardfertigungsvorgänge existieren spezielle Werkzeuge, sogenannte Crimpwerkzeuge. Aufgrund dieser Werkzeuge und der Bauform der Kontaktelemente sind nur Leitungen mit einem maximalen zulässigen Leitungs-Querschnitt verarbeitbar.

Außerdem sind Standard-Ethernet-Leitungen ebenfalls 8-adrig ausgeführt. Damit besteht im Falle einer solchen Lösung eine Zerstörungsgefahr von angeschlossenen Ethernetkomponenten, wenn an zwei oder eventuell sogar an allen vier freien Leitungen bzw. Pins eine Spannung anliegt. Außerdem werden in diesem Fall die in der VDE 0110 Teil 1, 1997-04, vorgeschriebenen Luft- und Kriechstrecken nicht eingehalten.

Aus Gründen der elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV) muss die Spannungsversorgung zum Kommunikationskanal, welcher die eigentlichen durch Ethernet übertragenen Daten führt, geschirmt ausgeführt werden. Dies bereitet enorme konstruktive Probleme im Steckerbereich.

Ethernet wird im Moment von der Grundbandbreite 10 Mbit/s und der Variante Fast-Ethernet mit 100 Mbit/s auf 1000 Mbit/s erweitert. Lösungen auf RJ45-Basis benötigen hierzu zukünftig alle acht Adern/Pins. D. h., mit der skizzierten Lösung können die erwünschten hohen Datenraten nicht realisiert werden.

Eine alternative Lösungsmöglichkeit könnte in einer anderen Steckertechnik liegen. Dadurch kann die Gefahr einer Verwechslung und damit Zerstörung von anderen Ethernetkomponenten durch das vorangehend geschilderte geänderte Erscheinungsbild der Steckverbindung reduziert werden.

Jedoch tritt der Nachteil auf, dass keine Standardkomponenten mit dem Vorteil der hohen Stückzahl und dem damit verbundenen Preisvorteil eingesetzt werden können.

Aus der EP 0 993 082 A1 ist eine aus einem Stecker und einer Buchse bestehende Steckverbindung bekannt. Der Stecker weist mehrere in einer Reihe nebeneinander angeordnete Kontaktstifte auf. Bei diesen Kontaktstiften handelt es sich um Paare. Außerdem weist dieser Stecker zwei weitere Kontaktstifte-Paare auf, die zueinander und gegenüber den in einer Reihe nebeneinander angeordneten Kontaktstifte-Paaren beabstandet in dem Einsteckbereich angeordnet sind. Diese beiden zusätzlichen Paare sind so weit wie möglich von einander entfernt gegenüber den in einer Reihe nebeneinander angeordneten Kontaktstifte-Paaren angeordnet. Ferner weist dieser Stecker eine Betätigungseinrichtung auf, mit der die beiden zusätzlichen Kontaktstifte-Paare elektrisch leitend mit zwei Paaren der in Reihe nebeneinander angeordneten Kontaktstifte- Paaren verbunden werden können. Dadurch erhält man entweder eine Steckverbindung für eine Datenübertragung mit hoher Frequenz oder für eine Datenübertragung mit mittlerer bis niedriger Frequenz. Die beiden weiteren Kontaktstifte-Paare sind nicht für eine Versorgungsspannung vorgesehen.

Aus der DE 297 20 265 U1 ist ein Verbindungskabel für Telefongeräte mit zusätzlicher Niedervoltstromversorgung bekannt. Dieses Kabel vereinigt ein bisheriges Telefonkabel und ein bisheriges Kabel für die Stromversorgung. An einem Ende oder an beiden Enden dieses Kabels werden die bisher verwendeten zwei Stecker durch einen Stecker ersetzt. Dieser eine Stecker ist in seiner Ausführungsform dem sogenannten Western-Stecker ähnlich. Der Unterschied besteht in den zusätzlichen Kontakten, die sich an den Seiten des Steckers und an den inneren Seitenflächen der Buchse befinden. Durch diese zusätzlich vorgesehenen Kontakte enspricht dieser nicht mehr einem Western-Stecker, da man durch die zusätzlichen Kontakte vom Bauraum eines Standard-Western-Steckers abweichen muss. Dadurch wird nicht mehr auf einen bereits gesetzten Standard zurückgegriffen.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, die bekannte standardisierte Steckverbindung derart weiterzubilden, dass Leitungen einer Spannungsversorgung mitgeführt werden können, ohne das die Nachteile der bekannten Steckverbindung auftreten.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Dadurch, dass die Buchse der Steckverbindung zum Anschluss einer Versorgungsspannung zwei weitere Kontaktzungen aufweist und der zugehörige Stecker dazu zwei weitere in Führungsnuten angeordneten Kontaktstifte aufweist, kann ein Leiter verwendet werden, der neben den Datenleitungen auch noch Leitungen für eine Spannungsversorgung aufweist. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Buchse und des Steckers einer Standard-Steckverbindung ändert sich nichts an der Bauform dieser Steckverbindung. Dadurch kann ein erfindungsgemäßer Stecker in eine bekannte Standard-Buchse bzw. ein bekannter Standard- Stecker in eine erfindungsgemäße Buchse gesteckt werden, ohne das die Datenübertragung gestört wird.

Damit die geforderten Luft- und Kriechstrecken eingehalten werden können, sind die zusätzlichen Kontaktzungen an der den Daten-Kontaktzungen gegenüberliegenden Seite angebracht. Außerdem sind die beiden zusätzlichen Kontaktzungen auf dieser Seite beabstandet zueinander angeordnet.

Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Buchse und des Steckers einer Standard-Steckverbindung kann die bisherige Innenbelegung beibehalten werden. Da außerdem die Steckergröße und damit die Buchsengröße sich gegenüber der Standard- Steckverbindung nicht geändert hat, können auch weitere Geräte mit Standard-Stecker, wie z. B. ein Diagnosecomputer, an eine Buchse nach der Erfindung gesteckt werden, ohne das dieser in seiner Funktion gestört wird.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Elemente der erfindungsgemäßen Steckverbindung sind den Unteransprüchen 2 bis 8 zu entnehmen. Deren Verwendung ist in Anspruch 9 aufgezeigt.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung Bezug genommen, in der die Elemente der Steckverbindung nach der Erfindung schematisch veranschaulicht sind.

Fig. 1 zeigt die Buchse der erfindungsgemäßen Steckverbindung, wobei in der

Fig. 2 der zugehörige Stecker veranschaulicht ist.

In der Fig. 1 ist eine Buchse 2 der erfindungsgemäßen Steckverbindung in einer Schrägansicht näher dargestellt. Zunächst werden die Elemente beschrieben, die eine standardisierte Buchse 2 aufweisen. Dabei handelt es sich um Kontaktzungen 4, die in einer Reihe nebeneinander angeordnet sind. Diese Kontaktzungen 4 ragen in einen Einsteckbereich 6, in dem im gesteckten Zustand der Stecker 8, dargestellt in der Fig. 2, eingerastet ist. Die Kontaktzungen 4 sind jeweils mit Lötstiften 10 elektrischleitend verbunden. Damit die Buchse 2 mechanisch auf eine Leiterplatte, die wegen der Übersichtlichkeit nicht näher dargestellt ist, fixiert werden kann, weist diese Buchse 2 zwei Raststifte 12 auf. Gegenüber den in einer Reihe angeordneten Kontaktzungen 4 ist der Boden 14 der Buchse 2 mit einer zum Rasthaken 16 des Steckers 8 korrespondierenden Ausnehmung 18 versehen. Der betätigbare Rasthaken 16 verrastet sich hinter der Ausnehmung 18 des Bodens 14 der Buchse 2. Der Einsteckbereich 6 der Buchse 2 entspricht den Abmessungen des Teils des Steckers 8, der im gesteckten Zustand der Steckverbindung in diesem Einsteckbereich 6 steckt.

Diese standardisierte Buchse 2 ist nun gemäß der Erfindung mit zwei zusätzlichen Kontaktzungen 22 und 24 versehen, die zueinander beabstandet auf den Boden 14 der Buchse 2 platziert sind. Diese beiden Kontaktzungen 22 und 24 sind ebenfalls mit Lötstiften 26 und 28 elektrisch leitend verbunden. Damit zwischen den Lötstiften 10 der Kontaktzungen 4 und den Lötstiften 26 und 28 der zusätzlichen Kontaktzungen 22 und 24 eine geforderte Luft- und Kriechstrecke eingehalten werden kann, sind die Lötstifte 26 und 28 jeweils am Rand des Bodens 14 platziert. Aus diesem Grund sind die zusätzlichen Kontaktzungen 22 und 24 auf der den in einer Reihe angeordneten Kontaktzungen 4 gegenüberliegenden Boden 14 angeordnet. In Flucht dieser beiden zusätzlichen Kontaktzungen 22 und 24 sind Anschlagstücke 20 angeordnet, die für eine Begrenzung der Einstecktiefe des Steckers 8 sorgen. Dadurch wird gesorgt, dass ein sicherer Kontakt zwischen diesen Kontaktzungen 22 und 24 und korrespondierenden Kontaktstiften 38 des Steckers 8 hergestellt wird.

In der Fig. 2 ist der Stecker 8 der erfindungsgemäßen Steckverbindung ebenfalls in einer Schrägansicht näher dargestellt. Dieser Stecker 8 weist in der Standardversion mehrere nebeneinander angeordnete Führungsnuten 30 auf, die korrespondierend zu den in einer Reihe angeordneten Kontaktzungen 4 der Buchse 2 ausgeführt sind. Jede Führungsnut 30 weist im Einführungsbereich einen Kontaktstift 32, beispielsweise einen Crimpstift, auf, der durch den Boden der Nut 30 gesteckt ist. Wenn diese Kontaktstifte 32 jeweils mit einer Leitung eines Leiters, der hier nicht näher dargestellt ist, elektrisch leitend verbunden, beispielsweise gecrimpt ist, ragen diese Kontaktstifte 32 nicht mehr so hoch in den Führungsnuten 34. Korrespondierend zu den zusätzlichen Kontaktzungen 22 und 24 weist dieser Stecker 8 zusätzliche Führungsnuten 34 und 36 auf. Auch in diesen zusätzlichen Führungsnuten 34 und 36 sind Kontaktstifte 38 derart angeordnet, dass diese ebenfalls durch den Boden dieser Nuten 34 und 36 gesteckt sind.

Durch diese erfindungsgemäße Ausgestaltung der Teile 2 und 8 der Steckverbindung werden nicht nur Daten über bis zu acht Kanälen, sondern auch eine Spannungsversorgung geführt. Dadurch können Geräte, beispielsweise ein Drehzahlgeber, die neben einen Datenaustausch auch mit einer Versorgungsspannung versorgt werden müssen, mittels standardisierter Steckverbindungen an ein aus der Bürokommunikation bekannten Netz, beispielsweise an ein lokales Netzwerk LAN mit dem Standard Ethernet, angeschlossen werden.


Anspruch[de]
  1. 1. Steckverbindung für einen Ethernet-Anschluss, bestehend aus einer Buchse (2) und einem Stecker (8), wobei die Steckverbindung derart RJ45-kompatibel ist, dass der Stecker (8) in eine bekannte Standard-Buchse und ein bekannter Standard- Stecker in die Buchse (2) steckbar sind, wobei die Buchse (2) einen zum Stecker (8) korrespondierenden Einsteckbereich (6) aufweist, in dem mehrere in einer Reihe nebeneinander angeordneten Kontaktzungen (4) ragen, und wobei der arretierbare Stecker (8) mehrere Kontaktstifte (32) aufweist, die in nebeneinander angeordneten Führungsnuten (30) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Buchse (2) zum Anschluss einer Versorgungsspannung zwei weitere Kontaktzungen (22, 24) aufweist, die zueinander und gegenüber den in einer Reihe nebeneinander angeordneten Kontaktzungen (4) zueinander beabstandet im Einsteckbereich (6) angeordnet sind, und dass der Stecker (8) zu diesen zwei weiteren Kontaktzungen (22, 24) korrespondierende Kontaktstifte (38) aufweist, die in zusätzlichen Führungsnuten (34, 36) angeordnet sind.
  2. 2. Steckverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktzungen (4, 22, 24) jeweils mit Lötstiften (10, 26, 28) elektrischleitend verbunden sind.
  3. 3. Steckverbindung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Buchse (2) im Einsteckbereich (6) eine Einsteckbegrenzung aufweist.
  4. 4. Steckverbindung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Stecker (8) eine Einsteckbegrenzung aufweist.
  5. 5. Steckverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Buchse (8) Raststifte (12) aufweist.
  6. 6. Steckverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zur Arretierung des Steckers (8) dieser einen betätigbaren Rasthaken (16) aufweist.
  7. 7. Steckverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Buchse (2) als SMD-Bauelement ausgebildet ist.
  8. 8. Steckverbindung nach einem der zu vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktstifte (32, 38) des Steckers (8) als Crimpkontaktstifte ausgeführt sind.
  9. 9. Verwendung einer Steckverbindung nach Anspruch 1 für einen Ethernet-Anschluss eines Gerätes.






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