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Verwandte Anmeldungen
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Die
vorliegende Anmeldung ist verwandt mit und befasst sich mit einem ähnlichen
Gegenstand wie die US-Patentanmeldungen Nr. 09/236 754; 09/236 755;
und 09/236 757 von Jaime R. Arnett, eingereicht am 25. Januar 1999.
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Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen elektrische Verbinder
und im Spezielleren einen modularen Verbinderstecker des Typs, der
in Telekommunikationsanlagen eingesetzt wird.
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Hintergrund der Erfindung
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Telekommunikationseinrichtungen
haben von der Gestaltung elektrischer Steckerteile und Buchsenteile
profitiert, die eine einfache Möglichkeit zum
Verbinden/Trennen von elektrischen Schaltungen innerhalb der Telekommunikationsanlage
und beispielsweise einer lokalen Netzwerkverdrahtung bieten. Solche
Stecker und Buchsen sind besonders bei Telefongeräten populär, bei denen
sie als erstes eingesetzt wurden, und in jüngerer Zeit bei einer großen Vielfalt
von Periphärgeräten, die
an Telefonleitungen angeschlossen sind. Die modularen Stecker und
Buchsen, die derzeit im Einsatz sind, wurden genormt, soweit es
ihre Leistungsspezifikation angeht und soweit gewisse kritische
Abmessungen und strukturelle Merkmale betroffen sind. Die Verwendung
solcher Einrichtungen hat sich derart verbreitet, dass neue Häuser und
andere Gebäude
vorab mit Buchsenteilen ausgestattet werden, die in unterschiedlichen
Räumen
sowie weiteren strategischen Orten installiert werden, um dort die
Kommunikationseinrichtungen zu installieren. Wird eine große Anzahl
derartiger Verbindungen benötigt,
so ist es typische Praxis, die Drähte zu einer zentralen Stelle
zu füh ren,
so z. B. einem Nachrichtenübertragungsschrank,
wo die Buchsenteile typischerweise auf Steck-Verteilertafeln montiert
werden. Eine derartige Anordnung ist z. B. in dem
US-Patent 5 096 439 von J. R. Arnett
dargestellt. Bei den meisten Anlagen ist es wünschenswert, den Buchsenteil
kompakt auszugestalten; es wurden zahlreiche Buchsen entworfen, um
dieses Ziel zu erreichen. In dem
US-Patent
5 096 442 von J. R. Arnett ist eine derartige kompakte Buchsen- und Steckeranordnung
dargestellt. Der kompakte elektrische Verbinder nach diesem Patent enthält einen
metallischen Leiterrahmen, der an einem Federblock gelagert ist.
Die Leiterrahmen umfassen eine Anzahl flacher länglicher Leiter, von denen
jeder in einen Federkontakt an einem Ende ausläuft, während sich an einem anderen
Ende ein Isolierungsverdrängungsverbinder
befindet. Die Isolierungsverdrängungsverbinder
sind um einander abgewandte Seitenwände des Federblocks gefaltet
und sorgen für
Kompaktheit, die Federkontakte sind um die Stirnfläche des
Federblocks gefaltet, um in ein Buchsengehäuse eingeführt werden zu können. Die Vorderseite
des Federblocks enthält
einen zungenähnlichen
Vorsprung, der in ein Ende des Buchsengehäuses passt und mit diesem verriegelt
wird. Mit zunehmend größer werdender
Anzahl von Peripherieeinrichtungen und den damit einhergehenden
höheren
Betriebsfrequenzen, wie sie z. B. bei der digitalen Datenübertragung
erforderlich sind, fungieren Verbinderanordnungen, wie sie in dem
oben angesprochenen Patent '442
von Arnett dargestellt sind, in höheren Frequenzbereichen nicht
mehr so gut, auch wenn sie in großem Umfang kommerziellen Erfolg haben.
Die Verwendung solcher Stecker und Buchsen wird belastet durch Nebensprechen
innerhalb der Komponenten, insbesondere des Steckers, da bei höheren Frequenzen
auch die Auswirkung des Nebensprechens stärker wird. Es sind zahlreiche
Anordnungen vorgeschlagen worden, um die Auswirkungen des Nebensprechens
bei Verbindern mit einem Minimum an Nebensprechen allgemein zu vermindern,
oder auch bei Verbindern, die der Gesamtschaltung Kompensations-Nebensprechen hinzufügen, so
z. B. dem Buchsenteil eine Kapazität hinzugeben, um das Nebensprechen
innerhalb des Steckers zu beseitigen oder zu kompensieren. In dem
US-Patent 5 186 647 von
W. J. Denkmann et al. ist ein elektrischer Verbinder zum Leiten
von Hochfrequenzsignalen dargestellt, in welchem Eingangs- und Ausgangsanschlüsse durch
ein Paar metallischer Leiterrahmen verbunden werden, die an einem dielektrischen
Federblock gelagert sind. Die Leiterrahmen, die im Wesentlichen
identisch ausgebildet sind, enthal ten jeweils mehrere flache längliche
Leiter, die an einem Ende in Federkontakten und am anderen Ende
in Isolierungsverdrängungsverbindern auslaufen.
Die Leiter sind im großen
und ganzen parallel und eng nebeneinander angeordnet, wobei allerdings
drei Leiter in einem Rahmen oder Gehäuse drei Leiter des anderen
Rahmens oder Gehäuses
in einem Überkreuzungsbereich überlappen.
Im Ergebnis wird das Nebensprechen zwischen den mehreren Leitern
verringert, bedingt durch die Polaritätsumkehr, die durch die Überkreuzungen
hervorgerufen wird.
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Für einen
großen
Anwendungsbereich wäre jedoch
ein elektrischer Verbinder mit noch weniger Nebensprechen erstrebenswert.
Insbesondere bewirkt die derzeit im Stand der Technik kontinuierlich zunehmende
Rate des Datenstroms, dass die Verdrahtungsteile als Antennen wirksam
werden, die elektromagnetische Strahlung sowohl senden als auch
empfangen und dadurch in ihrer Wirkung unterschiedliche Paare von
Drähten
koppeln (Nebensprechen) und dadurch den Rauschabstand verringern, was
zu einer erhöhten
Fehlerrate führt.
Verbinder, die das gesamte Nebensprechen tatsächlich beseitigen oder zumindest
reduzieren und dennoch in großen Frequenzbereichen
einsetzbar sind, gehören
zu den angestrebten Zielen, welche die vorliegende Erfindung betrifft.
Um eine Verwendung in einem großen Frequenzbereich
zu ermöglichen,
ist es wünschenswert,
wenn mindestens einige der Komponenten des Verbinders mit Komponenten
von Verbindern sowohl im niedrigen als auch im hohen Leistungsbereich kompatibel
sind.
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Die
vorstehend genannten verwandten Anmeldungen von Jaime R. Arnett,
dem Erfinder der vorliegenden Erfindung, deren Offenbarung durch Bezugnahme
zu einem Bestandteil der vorliegenden Beschreibung gemacht wird,
befassen sich mit auswählbare
Kompatibilität
aufweisenden Verbindern, Steckern und Buchsen, wobei eine Verbinderanordnung
aus einem Steckerteil und einem Buchsenteil gebildet ist, die zum
Zusammenarbeiten in Form eines Verbinders mit hoher Leitstungsfähigkeit
ausgebildet sind, jedoch automatisch Kapazität in die Verbindungsschaltung
einbringen, wenn sie als Komponente oder Komponenten eines Verbinders
mit geringer Leistungsfähigkeit
verwendet werden, um die Nebensprecheigenschaften und die Übertragungsverlusteigenschaften
von diesen zu ändern.
Die Begriffe "hoch" und "niedrig" oder "gering" sind technischer Art
und beziehen sich auf mehrere Verbinderparameter, von denen Nebensprechen
ein wesentlicher ist, wie dies im Folgenden noch ausführlicher
erläutert wird.
Für eine
optimale Leistung ist es wünschenswert,
dass der Stecker und die Buchse in dem gewünschten Frequenzbereich zusammenarbeiten. Daher
sollte eine Buchse mit geringem Leistungsvermögen mit einem Stecker mit geringem
Leistungsvermögen
zusammenarbeiten, und eine Buchse mit hohem Leistungsvermögen sollte
mit einem Stecker mit hohem Leistungsvermögen zusammenarbeiten.
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Im
Spezielleren ist in dem in den genannten Anmeldungen gezeigten Stecker
einer Leiterplatte angebracht, die in einem Paar von Führungsschlitzenen
in einer Längstranslationsbewegung
beweglich ist. Auf einer Oberfläche
der Leiterplatte oder PWB befinden sich mehrere voneinander beabstandete Kapazitäts-Kontaktstellen, deren
Anzahl von der Anzahl von Leitern abhängt, denen Kapazität hinzugefügt werden
soll. Die Leitungsdrähte
in dem Stecker, die in der üblichen
Weise um die Nase des Steckers herumgeführt sind, besitzen Kontaktbereiche,
die an der Oberfläche
der Leiterplatte anliegen und die in einer zweiten Position an den
Kapazitätsstellen
der Leiterplatte anliegen oder einfach gegen die nicht leitende
Oberfläche
der Leiterplatte in einer ersten Position anliegen. Der Stecker
weist ferner ein Federelement auf, das gegen das von der Steckernase
entfernte Ende der Leiterplatte anliegt und die Funktion hat, die
Leiterplatte in Richtung auf die erste, kapazitätsfreie Position vorzuspannen.
Aktuatoreinrichtungen, wie z. B. Distanzstücke der Leiterplatte, haben die
Funktion, mit einem Teil der Buchse zusammenzuwirken, wenn es sich
bei der Buchse um eine Komponente mit geringer Leistung handelt,
wenn der Stecker in diese eingesetzt ist, um dadurch die Leiterplatte
in die Kapazität
in die Schaltung einbringende Position zu bewegen, um Nebensprechen
zu kompensieren und die Übertragungsverlusteigenschaften in
dem Modus mit niedriger Leistungsfähigkeit zu ändern. Auf diese Weise kann
der Stecker der Erfindung, der eine hohe Leistungsfähigkeit
hat, zusammen mit einer Buchse mit geringer Leistungfähigkeit verwendet
werden. In der
US 4 699 443 ist
ein auswählbare
Kapazität
aufweisender Verbinderstecker gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs
1 dargestellt, der zur Verwendung beim Ändern einer Leistungseigenschaft
einer Buchse mit auswählbarer
Kapazität dient.
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Die
zweite Komponente des Verbinders mit hoher Leistungsfähigkeit
gemäß diesen
Anmeldungen ist eine Buchse, in der eine Leiterplatte angebracht
ist, die in einem Paar von Führungsschlitzen
in einer Längstranslationsbewegung
beweglich ist. Wie bei dem Stecker der Erfindung weist die Leiterplatte auf
ihrer einen Oberfläche
mehrere eng beabstandete Kapazitäts-Kontaktstellen
auf, deren Anzahl von der Anzahl von Leitern abhängt, denen Kapazität hinzugefügt werden
soll. Die Leitungsdrähte
in dem Buchsenteil besitzen Kontaktbereiche, die an der Oberfläche der
Leiterplatte anliegen und die in einer zweiten Position an den Kapazitätsstellen
der Leiterplatte anliegen oder gegen einen nicht leitenden Teil der
Leiterplatte in einer ersten Position anliegen. Die Leiterplatte,
die, wie bereits erwähnt,
relativ zu der Buchse, insbesondere den darin befindlichen Leitungsdrähten, beweglich
ist, ist durch ein Federelement im Inneren des Buchsengehäuses in
Richtung auf die erste, keine Kapazität einbringende Position vorgespannt,
bei der es sich um die Sollposition für die Buchse mit hohem Leistungsvermögen handelt. Die
Leiterplatte weist daran angebrachte Aktuator-Distanzstücke auf, die, wie im Folgenden
noch erläutert
wird, von dem Nasenteil eines Steckers mit niedriger Leistungsfähigkeit
mit Druck beaufschlagt werden, um dadurch die Leiterplatte in die
zweite Position zu bewegen und Kapazität in die Verbinderschaltung
einzubringen. Die Buchse ist mit einem ersten und einem zweiten
beabstandeten Schlitz ausgestattet, welche die Distanzstücke des
Steckers mit hoher Leistungsfähigkeit
der erwähnten
Erfindung aufnehmen und dadurch verhindern, dass sie die Leiterplatte
in dem Stecker betätigen.
Ebenso besitzt der Stecker in den Seiten seines Gehäuses Ausnehmungen,
die Freiraum bieten für
die Distanzstücke
an der Leiterplatte der Buchses und dadurch verhindern, dass der
Stecker mit hoher Leistungsfähigkeit
gemäß der Erfindung
die Leiterplatte des Buchsenteils betätigt.
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Der
Stecker- und der Buchsenteil der vorstehend genannten Anmeldungen
sind dadurch gekennzeichnet, dass sie jeweils eine Leiterplatte
aufweisen, die in der geschilderten Weise translationsbeweglich
ist. Auch ist es möglich,
wenn es nicht im Interesse der Kosten sogar wünschenswert ist, ähnliche
elektrische Verbinderanordnungen mit auswählbarer Kapazität zu haben,
bei denen die Komponenten, d. h. Stecker- und Buchsenteil, stationäre Leiterplatten
aufweisen, wobei die vorliegende Erfindung auf derartige Anordnungen
gerichtet ist.
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Kurzbeschreibung der Erfindung
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Die
Erfindung schafft einen elektrischen Verbinderstecker mit auswählbar Kompatibilität gemäß Anspruch
1.
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Wie
im Fall der ebenfalls anhängigen
Arnett-Anmeldungen ist die Verbinderanordnung aus einem Stecker-
und einem Buchsenteil dazu ausgebildet, automatisch Kapazität in die
Verbindungsschaltung einzubringen, wenn sie als Verbinder mit niedriger
Leistungsfähigkeit
verwendet wird, um die Nebensprechleistung und die Übertragungseigenschaften
von diesem zu verändern.
Die vorliege Erfindung ist auf einen Stecker zur Verwendung bei
einer derartigen Anordnung gerichtet.
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Im
Spezielleren ist in dem Stecker eine stationäre Leiterplatte angebracht.
Auf der einen Oberfläche
von dieser befinden sich mehrere voneinander beabstandete Kapazitäts-Kontaktstellen,
deren Anzahl von der Anzahl der Leiter abhängig ist, denen Kapazität hinzugefügt werden
soll. Die Drahtleiter in dem Stecker, die sich in der üblichen
Weise in Schlitzen in der Nase des Steckers erstrecken, weisen Kontaktbereiche
auf, die dazu ausgebildet sind, in der Konfiguration mit hohem Leistungsvermögen mit einer
ersten Übertragungsverlustcharakteristik
außer Kontakt
mit den Kapazitätsstellen
zu bleiben und in der Konfiguration mit niedrigem Leistungsvermögen mit
einer anderen, zweiten Übertragungsverlustcharakteristik
an den Kapazitätsstellen
anzuliegen. Bei einer ersten Auführungsform
des erfindungsgemäßen Steckers
liegen ein erstes und ein zweites bewegliches, nicht-leitendes Betätigungselement,
wie z. B. Tastenelemente, an den Leitern an und ragen von der Oberfläche des
Steckers hervor. Bei Einsetzen des Steckers in eine Buchse mit niedrigem
Leistungsvermögen,
bewegt die Buchse die Tastenelemente steuerflächenartig nach unten und veranlasst dadurch
einen zwangsweisen Kontakt des Kontaktbereichs der Leiter mit den
Kapazitätsstellen.
Die Tastenelemente sind z. B. durch eine nicht leitende Stange miteinander
verbunden, die sich zwischen diesen erstreckt und mit den Leitern
in Kontakt steht, so dass beim Niederdrücken der Tastenelemente alle der
Leiter in Kontakt mit den Kapazitätsstellen nach unten gedrückt werden.
Bei Verwendung in einer Verbindung mit hohem Leistungsvermögen weist
die Buchse Freiraumschlitze zum Schaffen von Freiraum für die Tastenelemente
auf, die unaktiviert bleiben, wenn der Stecker in die Buchse mit
hohem Leistungsvermögen
eingesetzt wird. Das Federvermögen der
Drahtleiter dient dazu, die Tastenelemente in der nicht aktivierten
Position zu halten.
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Bei
einem zweiten Ausführungsbeispiel
der Erfindung sind die Tastenelemente durch Kipphebel aus isolierendem
Material ersetzt, die durch eine Schwenkstange und eine Isolierstange
verbunden sind, die im Wesentlichen die gleiche Funktion ausführen. Bei
noch einer weiteren Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Steckers
sind mindestens einer oder mehrere Drahtleiter mit einer Biegung
versehen, die über
die obere Oberfläche
des Steckers hervorsteht, so dass die eigentlichen Leiter in Kontakt
mit den Kapazitäts-Kontaktstellen
steuerflächenartig nach
unten bewegt werden, wenn der Stecker in eine Buchse mit niedrigem
Leistungsvermögen
eingesteckt wird.
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Bei
allen Auführungsformen
des erfindungsgemäßen Steckers
kann dieser in einer Hochleistungsverbindung mit einer entsprechenden
Hochleistungsbuchse verwendet werden, wie diese in dem
US-Patent Nr. 6 079 996 gezeigt ist,
oder er kann in einer Verbindung mit niedrigem Leistungsvermögen zusammen
mit einer standardmäßigen Buchse
mit niedrigem Leistungsvermögen
verwendet werden.
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Als
Ergebnis der Konfiguration des Buchse, die nicht Bestandteil der
Erfindung ist, sowie des Steckers der Erfindung bei Verwendung von
diesem bei einer Buchse mit hohem Leistungsvermögen, bilden diese gemeinsam
eine Verbindung mit hohem Leistungsvermögen, während sie sich dennoch in einfacher
Weise zur Verwendung bei einer Verbindung mit niedrigem Leistungsvermögen adaptieren
lassen.
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Die
zahlreichen Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung erschließen sich
aus der nachfolgenden ausführlichen
Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen.
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Beschreibung der Zeichnungen
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In
den Zeichnungen zeigen:
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1 eine
perspektivische Ansicht einer bekannten Wandplatte zusammen mit
einem Standard-Verbinder, der einen Stecker und eine Buchse umfasst;
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2 eine
auseinandergezogene, perspektivische Ansicht der Einzelheiten des
Buchsenteils nach 1;
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3 eine
Tabelle von Industrienormen für Nah-Nebensprechen
(NEXT) in Verbindungshardware;
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4 eine
perspektivische Ansicht einer Verbinderanordnung, die eine Ausführungsform
der neuartigen erfindungsgemäßen Stecker-
und Buchsenanordnung veranschaulicht;
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5 eine
teilweise weggeschnittene Perspektivansicht eines Steckers als Ausführungsbeispiel der
Prinzipien der Erfindung;
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6A eine
fragmentarische, im Schnitt dargestellte Draufsicht auf den Stecker
der 5 in seiner Konfiguration mit hoher Leistungsfähigkeit;
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6B eine
fragmentarische, im Schnitt dargestellte Draufsicht auf den Stecker
der 5 in seiner Konfiguration mit geringer Leistungsfähigkeit;
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7A eine
fragmentarische, im Schnitt dargestellte Draufsicht auf eine alternative
Betätigungsanordnung
für den
Stecker der 5 in der Konfiguration mit hoher
Leistungsfähigkeit;
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7B eine
fragmentarische, im Schnitt dargestellte Draufsicht auf den Stecker
der 7A in seiner Konfiguration mit niedriger Leistungsfähigkeit;
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8A eine
fragmentarische, im Schnitt dargestellte Draufsicht auf eine weitere
alternative Betätigungsanordnung
für den
Steckerteil der 5 in der Konfiguration mit hoher
Leistungsfähigkeit;
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8B eine
fragmentarische, im Schnitt dargestellte Draufsicht auf die Anorndung
der 8A in der Konfiguration mit niedriger Leistungsfähigkeit;
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9 eine
auseinandergezogene Perspektivansicht des Buchsenteils der vorliegenden
Erfindung; und
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10 ein
Detail des Buchsenteils der 9.
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Ausführliche Beschreibung
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1 zeigt
eine bekannte Wandplatte 11, wie sie in dem oben erwähnten Patent '442 von Arnett dargestellt
ist und die in sich Öffnungen 12 zur Aufnahme
von bis zu sechs modularen Buchsenteilen 13 besitzt. Wie
in dem Arnett-Patent dargestellt ist, enthält ein Buchsenteil 13 ein
Buchsengehäuse oder
einen Buchsenrahmen 14 und einen Verbinder 16,
die zusammen einen modularen Buchsenteil 13 bilden. Wie
aus 2 ersichtlich ist, enthält der Verbinder 16 ein
Federblockelement 17 und ein Deckelelement 18.
An dem Federblock 17 ist ein Drahtrahmen 19 gehaltert,
dessen Leiter um die Nase 21 des Federblocks 13 gekrümmt sind
und unter einem Winkel von diesem herabhängen, um mehrere Federkontakte 23 zu
bilden, die mit Kontaktgliedern 23 in dem Stecker 24 zusammenwirken,
wenn der Stecker 24 in die Öffnung 26 des Buchsenrahmens 14 eingeführt und
mit Hilfe eines Auslöse-
oder Rastarms 25 verriegelt wird. Die Kontaktglieder 23 sind
jeweils mit einem individuellen Draht in einem Kabel 27 verbunden,
und die Federkontakte 22 sind jeweils mit einem individuellen
Draht 28 verbunden, der Teil eines nicht dargestellten
Kabels sein kann, oder der zu einem individuellen, nicht dargestellten
Gerät führen kann. Der
Stecker 24 und der Buchsenteil 13 können Verbindungen
für eine
Anzahl von Drähten
bilden, so z. B. von vier oder acht Drähten, abhängig vom speziellen Anwendungsfall.
Der in 2 gezeigte Drahtrahmen 19 besitzt acht
Drähte
und mithin acht Federkontakte 22, während der dargestellte Stecker 24 lediglich
vier Kon taktglieder besitzt. Aus 2 ist entnehmbar,
dass 2 zwar keine spezielle Verbinder-Zusammenschaltung
darstellt, jedoch die Beziehung verschiedener Teile oder Komponenten
des Verbindermoduls veranschaulichen soll. Die Anordnung nach den 1 und 2 wurde,
wie oben ausgeführt,
auf zahlreiche Weise modifiziert in dem Bestreben, die Nahend-Nebensprechleistung (NEXT)
zu verbessern, größere Kompaktheit
zu erzielen oder den Vorgang des Verbindens/Trennens während des
Einsatzes zu erleichtern. In all diesen Fällen ist der eigentliche Verbindungs-/Trennvorgang der
Vorrichtung im Grunde der gleiche, auch wenn die Stecker- oder Buchsenteile
aus welchem Grund auch immer umfangreich modifiziert wurden. Mit
anderen Worten: Es müssen
die Industrienormen eingehalten werden.
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Die
vorliegende Erfindung besteht in einem Verbindersystem, welches
dazu vorgesehen ist, den Leistungs-Einsatzbereich zu erweitern,
gleichzeitig aber den Industrienormen in dem Maße genügt, als der Steckerteil und
der Buchsenteil gemäß der Erfindung
kompatibel sind mit existierenden Steckern und Buchsen, und die
automatisch Kapazität
in die Schaltung einbringen, wenn festgestellt wird, dass entweder
der Stecker oder die Buchse mit einem zum Stand der Technik gehörigen Buchsenteil
bzw. Steckerteil zusammengefügt
wird. Damit zeigt der erfindungsgemäße Buchsenteil bzw. Steckerteil
eine "Rückwärts-Kompatibilität". In 3 ist
eine Tabelle dargestellt, die die zulässigen NEXT-Verlustanforderungen
der Industrienorm für
unterschiedliche Frequenzen und unterschiedliche Standardverbinder ANSI/TIA/EIA
568-A darstellt, wie sie von der Telecommunications Industry Association
angegeben sind. In der Tabelle sind die angegebenen dB-Werte in
sämtlichen
Fällen
negative Werte, sie repräsentieren
den ungünstigsten
paarweisen NEXT-Verlust. Es lässt
sich erkennen, dass der zulässige
Verlust bei 16 MHz für
einen Verbinder geringer Leistungsfähigkeit (Kategorie 3) –34 dB beträgt, während bei
einem Verbinder für
höhere
Leistung (Kategorie 5) der Wert –56 dB beträgt, was einer viel besseren
Leistungszahl entspricht. Derzeit werden neue Normen erarbeitet, die
für noch
höhere
Verbinder-Kategorien gelten sollen, also folglich auch der Begriff "hohe Leistung", und es sind diese
Verbinder, auf die sich die vorliegende Erfindung in erster Linie
bezieht.
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Der
Begriff "Rückwärts-Kompatibilität" wird derzeit im
Stand der Technik erforscht, und es gibt Vorschläge, wie diese zu erreichen
ist. In einer Monographie mit dem Titel "Connectors With Accessed Quality For
Use In D. C. Low Frequency Analogue, And In Digital High Speed Data
Applications, IEC 61076-X-Y, herausgegeben von der International Electrotechnical
Commission, sind mehrere vorgeschlagene Ausgestaltungen dargestellt,
mit denen Kompatibilität
zwischen Steckern und Buchsen erreicht werden soll. Die meisten
dort dargestellten Buchsen und Stecker basieren auf dem entweder manuell
oder automatisch erfolgenden Umschalten zwischen zwei verschiedenen
Verdrahtungsschemata, wohingegen die vorliegende Erfindung, wie weiter
unten noch deutlich werden wird, auf dem Einbringen oder dem Entfernen
von Kapazität
oder anderen Stromelementen aus den Komponenten oder Komponenten
des Verbindersystems beruht.
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Kompatible Verbinderanordnung
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In 4 ist
die Verbinderanordnung 31 gemäß der Erfindung dargestellt,
die eine Buchse 32 mit einer Federblockanordnung 33 und
einem Buchsenrahmen oder Buchsengehäuse 34 einerseits
und einen Stecker 36 andererseits enthält, wobei der Stecker an Leitungen 35 eines
Kabels oder dergleichen angeschlossen ist, um im Hochleistungsbereich
eingesetzt zu werden, beispielsweise bei der Hochgeschwindigkeits-Datenhandhabung,
jedoch automatisch anpassbar ist für die Verwendung im niederen Leistungssegment,
beispielsweise für
den Niederfrequenz-Analogbetrieb. Sowohl die Buchse 32 als auch
der Stecker 36 sind unter Vorwegnahme der neuen Parameter-Normanforderungen
und insoweit in Bezug auf einen Betrieb mit geringem Nebensprechen,
für einen
Hochleistungsbetrieb ausgebildet und verdrahtet. Wie weiter unten
deutlicher werden wird, sind in dem Stecker 36 eine stationäre Leiterplatte mit
mehreren Kapazitäts-Kontaktstellen
und (in 4 nicht gezeigte) Aktuator-
oder Betätigungseinrichtungen
untergebracht, die die Funktion haben, mit einem Teil einer Buchse
für geringe
Leistung zusammenzuwirken, um die Leiter in Kontakt mit den Kapazitätsstellen
zu bewegen und diese dadurch in die Verdrahtungsschaltung hineinzubewegen.
Die Buchse 32 besitzt ebenfalls in sich eine stationäre Leiterplatte 37 mit
einem Aktuator 38, der die Funktion hat, mit einem Teil
eines aktiviert die Komponente mit niedriger Leistungsfähigkeit
den oder die Aktuatoren, die wiederum die Leiter in Kontakt mit
der Leiterplatte nach unten drücken.
Auf diese Weise wird entweder der Stecker- oder der Buchsenteil
mit hohem Leistungsvermögen
gemäß der Erfindung
zu einer Komponente mit niedrigem Leistungsvermögen, um eine Anpassung an die
damit verbundene Komponente zu schaffen.
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Stecker
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In 5 ist
eine bevorzugte Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Steckers 36 dargestell. Der
Stecker 36 hat einen im Wesentlichen hohlen Körperteil 51 mit
einer Nase oder einem Verbinderende 52, das eine Mehrzahl
von Kontaktgliedern 23 aufweist, und ein Kabelverbindungsende,
welches lediglich zu Anschauungszwecken als mit drei Eingangsdrähten 35 verbunden
dargestellt ist. Es versteht sich, dass die Drähte 35 für ein Kabel
oder dergleichen stehen, von dem 4, 6, 8, 12 oder mehr Drähte für die Verbindung
weggehen. Wie oben bereits ausgeführt, besitzt das Nasenende 50 einen
ersten und einen zweiten Ausnehmungsbereich 39 zur Schaffung
von Freiraum für
die Aktuatoren 38 der Buchse 32 auch dann, wenn
der Stecker 36 vollständig
in die Buchse 32 eingesteckt ist. In dem Steckerkörper 51 ist
eine Leiterplatte 52 oder PWB angebracht, die in dem Körper 51 durch
geeignete, nicht dargestellte Mittel festgelegt ist. Die Platte 52 könnte beispielsweise
festzementiert sein oder in Kanäle
(nicht gezeigt) in dem Körper 51 eingepasst
und festzementiert sein. Die Leiterplatte 52 hat in der
dargestellten Weise eine Mehrzahl von Kapazitätsstellen 53, die
in der dargestellten Weise unter dem leitfähigen Element 23 angeordnet
sind. Es versteht sich, dass zwar die Kapazitätsstellen 53 (vorzugsweise
mit Gold plattiert) dargestellt sind, jedoch die Prinzipien der
Erfindung auch auf ausgefeiltere Schaltungseinrichtungen auf der
Leiterplatte 52 ausgedehnt werden können, um z. B. andere Arten
von Nebensprechen reduzieren zu können. Wie am besten in den 6A und 6B zu
sehen ist, sind die Kontaktglieder vorzugsweise in Form von Blättern oder
Messern 54 ausgebildet, die jeweils ein Steckers mit geringer
Leistung zusammenzuwirken, wenn dieser in eine Buchsenöffnung 26 eingesteckt
wird, um die Leiter mit der Leiterplatte in Kontakt zu bewegen,
so dass Kapazität
in die Verdrahtungssschaltung eingebracht wird. Die Leiterplatten
können
mehr als eine Fläche
mit Kapazitätsquellen
aufweisen, oder sie können
einen geschichteten Aufbau aufweisen, bei dem Schaltungskomponenten
auf mindestens einer Oberfläche
angeordnet sind. Der Stecker 36 besitzt einen ersten und
einen zweiten Ausnehmungsbereich oder Kerben 39, die so
dimensioniert sind, dass der Stecker 36 in die Öffnung 26 ohne
Berührung
des Aktuators 37 einführbar
ist, während
die Buchse 32 Freiraum-Kerben 41 besitzt, die
so bemessen sind, dass die Aktuatoren für die Leiterplatte des Steckers 36 in die
Buchse 32 passen, ohne mit deren Stirnseite in Berührung zu
treten. Wenn also die Buchse 32 und der Stecker 36 eine
Hochleistungsverbindung (gemäß der oben
angegebenen vorgeschlagenen Kategorie 6 und höher) bilden,
wird keine Leiterplatte zu einer Bewegung in die Schaltung hinein
veranlasst, so dass keine zusätzliche
Kapazität
eingebracht wird. Wenn andererseits die Buchse 32 einen
Stecker geringer Leistung aufnimmt, werden die Aktuatoren 38 nach
hinten gedrängt,
und wie weiter unten auch zu sehen sein wird, wird hierdurch Kapazität eingebracht.
Wenn außerdem
der Stecker 36 in eine Buchse geringer Leistung eingesteckt
wird, bewegen seine Aktuatoren die darin befindlichen Leiter in
die Position zum Einbringen von Kapazität.
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Sowohl
bei dem Steckerteil 36 als auch bei dem Buchsenteil 32 sprechen
die Aktuatoren, die die darin befindlichen Leiter zum Kontaktieren
der Kapazitätsstellen
oder anderer möglicher
Schaltungselemente der stationären
Leiterplatten veranlassen, nur auf das Vorhandensein eines Stecker-
oder Buchsenteils mit geringer Leistungsfähigkeit an, mit denen der Stecker-
oder der Buchsenteil der vorliegenden Erfindung verbunden wird.
Wenn sowohl Stecker- als auch Buchsenteil gemäß der vorliegenden Erfindung
konfiguriert sind, d. h. beide hohes Leistungsvermögen aufweisen,
führt das
Verbinden dann zu keiner Aktivierung der Aktuatoren, da jeder der Teile
Freiräume
für die
Aktuatoren aufweist und somit die Leiter in dem Stecker- und Buchsenteil
nicht mit der Leiterplatte in Kontakt bewegt oder nach unten gedrückt werden.
Wenn dagegen entweder der erfindungsgemäße Steckerteil oder der Buchsenteil
mit einem Buchsen- oder
Steckerteil mit niedrigem Leistungsvermögen verbunden wird, die beide
keinen Freiraum für
die Aktuatoren der anderen Komponente aufweisen, dann distales Ende 56 aufweisen,
an dem sich die Isolierung durchdringende Zähne 57 befinden, um
elektrischen Kontakt mit jedem der isolierten Drähte 35 herzustellen.
An dem Kontaktende 52 besitzen die Messer 54 eine
U-förmige
Konfiguration gemäß Darstellung,
um die Kontakte 23 zu bilden, und außerdem besitzen sie jeweils
ein Ende 57 mit einem Kontaktbogen oder einer Kontaktbiegung 58. Ein
erstes und ein zweites nicht-leitendes Betätigungselement, jeweils in
Form eines Tastenelements 59, sind in Schlitzen 61 in
der Oberseite des Steckerkörpers 51 angeordnet
und ragen von dieser nach oben, wie in 5 zu sehen
ist. Die Böden 62 der Tastenelemente 59 sind
abgerundet und liegen an der Oberseite der Messer 54 an
und sind vorzugsweise durch eine nicht-leitende Betätigungsstange 63 zusammengefügt, die
in gestrichelter Linie dargestellt ist und an den Oberseiten der
Messer 54 anliegt. Jedes Tastenelement 39 weist
daran einen Flansch 64 auf, um zu verhindern, dass es sich
zu weit aus dem Steckerkörper 51 heraus
erstreckt. Wie am besten in den 6A und 6B zu
sehen ist, die die Konfiguration mit hoher Leistungsfähigkeit bzw.
die Konfiguration mit geringer Leistungsfähigkeit darstellen, veranlasst
das Federvermögen
der Messer 54, dass diese als Federn wirken und die Tastenelemente
in der in 6A dargestellten Position halten.
Wenn jedoch der Stecker 36 in die Buchse mit geringem Leistungsvermögen eingesteckt wird,
wie dies in 6B in gestrichelten Linien dargestellt
ist, werden die Tastenelemente 59 durch die Buchse steuerflächenartig
nach unten bewegt, und die Messer 54 werden nach unten
gedrückt,
so dass ihre Kontaktbiegungen 58 mit den Schaltungseinrichtungen
auf der Leiterplatte 52, z. B. Kapazitätsstellen 53, in Kontakt
treten, wie dies am besten in 6B zu
sehen ist, um dadurch den Stecker 36 in einen Stecker mit
geringem Leistungsvermögen
umzuwandeln. Wenn der Stecker 36 aus der Buchse entfernt wird,
federn die Messer 54 zurück, so dass sich die in 6 gezeigte Konfiguration ergibt.
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Der
in den 5, 6A und 6B dargestellte
Stecker 36 stellt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung
dar. Es versteht sich jedoch, dass verschiedene andere Konfigurationen
oder Strukturen, die die Prinzipien der Erfindung verkörpern, verwendet
werden könnten.
Beispielsweise ist in den 7A und 7B eine
Modifikation der Anordnung der 5, 6A und 6B gezeigt,
die die gleichen Ziele erreicht. Aus Gründen der Vereinfachung sind
gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen. Wie in den 7A und 7B zu sehen
ist, sind die Tas tenelemente 59 der 5 durch
im Wesentlichen L-förmige
Kipphebel 66 ersetzt, die zusammen mit einer Stange 67,
die in dem Steckerkörper 51 schwenkbar
angebracht ist, eine Schwenkbewegung ausführen. Die unteren Glieder der
Kipphebel 66 sind durch eine gestrichelt dargestellte Betätigungsstange 68 in ähnlicher
Weise verbunden, wie dies bei der Stange 63 der 5 der
Fall ist. In der in 7A dargestellten Konfiguration
mit hoher Leistungsfähigkeit
veranlasst der Federdruck der Messer eine Schwenkbewegung der Kipphebel, so
dass die Kontaktbiegung 58 außer Kontakt von der Leiterplatte 52 ist.
Wenn der Stecker 36 in ein Buchsenteil mit geringem Leistungsvermögen eingesteckt
ist, wie es in 7B in gestrichelten Linien dargestellt
ist, veranlasst der Buchsenteil eine Schwenkbewegung der Kipphebel,
so dass die Messer zwangsweise nach unten bewegt werden und dadurch
die Kontaktbiegung 58 jedes Messers zwangsweise in Kontakt
mit den Schaltungseinrichtungen auf der Leiterplatte gebracht wird
und dadurch der Stecker 36 in einen Stecker mit geringem
Leistungsvermögen
umgewandelt wird.
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In
den 8A und 8B ist
noch ein weiteres Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung gezeigt, bei dem die Kipphebel 66 und/oder
die Tastenelemente 59 für
die Betätigung
nicht notwendig sind und durch eine zusätzliche Biegung 69 an den
Messern 54 ersetzt sind, so dass sich zumindest die Messer 54 an
jedem Ende der Anordnung über die
obere Oberfläche
de Steckers 36 hinaus erstrecken, wie dies in 8A gezeigt
ist. Wenn der Stecker 76 der 8A in
eine Buchse mit geringem Leistungsvermögen eingesteckt ist, wie dies
in gestrichelten Linien dargestellt ist, werden die beiden am Ende
befindlichen Messer in der in 8B dargestellten
Weise nach unten gedrängt,
um die Kontaktbiegungen 58 mit der Leiterplatte 52 in
Kontakt zu bringen. Die übrigen
Messer (in den 8A und 8B mit 71 bezeichnet)
werden durch eine nicht-leitende Betätigungsstange 72 mit
Ansätzen 73 an
jedem Ende nach unten gedrängt,
die mit den beiden am Ende befindlichen Messern verbunden sind. Der
Schlitz 61 kann so ausgebildet sein, dass er sich über die
obere Wand des Körpers 51 erstreckt,
um bei Bedarf ausreichend Freiraum sicherzustellen. Die Biegungsbereiche 69 der
Messer 54 setzen die Benutzer elektrischer Spannung aus,
wie dies in 8B ersichtlich ist, so dass
ein isolierender Überzug,
beispielsweise aus Mylar-Band,
zu bevorzugen ist.
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Aus
dem Vorstehenden ist erkennbar, daß der Stecker 36 mit
auswählbarer
Kompatibilität,
wie er in erster Linie in 5 gezeigt
ist, sich automatisch auf die Art der Buchse (niedrige oder hohe
Leistungsfähigkeit)
einstellt, mit der er verwendet wird. Mit dem Auftreten von Buchsen
mit höherer
Leistungsfähigkeit
ist somit nur eine Steckerausbildung, wie sie z. B. in 5 gezeigt
ist, erforderlich, da der erfindungsgemäße Stecker 36 sowohl
bei Buchsen mit geringem Leistungsvermögen als auch bei Buchsen mit
hohem Leistungsvermögen
in zufriedenstellender Weise arbeitet, wobei sich zusammen damit Einsparungen
bei den Materialkosten ergeben und die Notwendigkeit auf der Seite
des Monteurs wegfällt,
eine Anzahl unterschiedlicher Steckertypen mitzuführen.
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Buchse
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In 9 ist
in einer auseinander gezogenen Perspektivansicht eine bevorzugte
Ausführungsform der
erfindungsgemäßen Buchse 32 dargestellt,
wobei lediglich solche Komponenten zur Vereinfachung gezeigt sind,
die in der erfindungsgemäßen Struktur eine
Rolle spielen. Damit ist nur das Buchsengehäuse bzw. der Buchsenrahmen 34 dargestellt,
wobei sich allerdings versteht, dass andere Elemente der Buchse,
die zumindest teilweise von dem Einsatzgebiet abhängen, ebenfalls
vorhanden sein müssen.
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Wie
in 9 gezeigt ist, ist das Buchsengehäuse 34 im
Wesentlichen das Gleiche wie das Buchsengehäuse 34 in 4,
und es besitzt eine Vorderseite 85 an dem Verbinderende
mit einer darin ausgebildeten Öffnung 26 zur
Aufnahme eines Steckers. Die Öffnung 26 besitzt
ein Paar Freiraum-Kerben 41, die einen Freiraum für die Betätigungselemente
bzw. Aktuatoren 59, 66 oder 69 des Steckers 36 bieten.
Das Buchsengehäuse 34 ist
zumindest teilweise hohl, wie aus der Zeichnung hervorgeht, und
es besitzt einen hinteren Bereich oder eine hintere Seite 86.
Weiterhin enthält
die Öffnung 26 eine Kerbe 87 zum
Aufnehmen des Verriegelungselements 25. Im Inneren des
Buchsengehäuses 34 befindet
sich an der Vorderseite von diesem ein stangenartiges Federelement 74,
das in gestrichelten Linien dargestellt ist und sich in Querrichtung
des Buchsengehäuses 34 erstreckt
und an seinen Enden an diesem angebracht ist, wie es dargestellt
ist. Federkontaktglieder 22, die in dem Buchsengehäuse 34 durch
ir gendeine aus dem Stand der Technik bekannte Art von Anordnungen
gelagert sind, sind die Kontaktenden von Leiterrahmen, deren andere
Enden in Isolierungsverdrängungsverbindern 76 enden.
Es versteht sich, dass auch andere Verbindungstypen als Isolierungsverdrängungstypen
verwendet werden können
und die in 9 dargestellten Isolierungsverdrängungsverbinder
nur als Beispiel genannt sind. Die länglichen Leiter 77 verbinden
die Federkontaktglieder 22 mit den Isolierungsverdrängungsverbindern 76.
Jeder Leiter 77 weist eine S-förmige Biegung auf, die einen
ersten Biegungsbereich 78 und einen zweiten, umgekehrten
Biegungsbereich 79 aufweist, wie dies am besten in 10 zu
sehen ist, bei der es sich um eine invertierte Detailansicht der Vorrichtung
der 9 handelt. In der Konfiguration des Buchsengehäuses 34 mit
hoher Leistungsfähigkeit
steht die zweite Biegung 79 nicht mit der Leiterplatte 37 und
den auf der Oberfläche 81 von
dieser vorhandenen Schaltungseinrichtungen in Kontakt. Die Platte 37 ist
in dem Buchsengehäuse 34 in
einer beliebigen geeigneten Weise angebracht, um diese in einer
stationären
Position anzubringen, wobei sie in der in den 9 und 10 dargestellten
Weise orientiert und festgelegt ist, so dass die Kapazitätsstellen 82 (oder
andere Schaltungseinrichtungen) direkt unter den Biegungen 79 liegen,
wie in 9 gezeigt, oder über diesen liegen, wie in 10 gezeigt. Ein
Abstandselement 83 aus geeignetem isolierenden oder nicht
isolierendem Material ist in dem Buchsengehäuse 34 beweglich angebracht
und weist an beiden Seiten Federeingriffsarme 84 mit Federeingriffshaken 88 an
den distalen Enden auf. Betätigungselemente 38 erstrecken
sich von dem Abstandselement 83 weg und sind derart positioniert,
dass ein Stecker mit niedriger Leistungsfähigkeit mit diesen zusammenwirkt,
wie dies in 10 in gestrichelten Linien dargestellt
ist. Der erfindungsgemäße Stecker 36 mit
hoher Leistungsfähigkeit
dagegen wirkt aufgrund der Ausnehmungsbereiche 39 an seinen beiden
Seiten nicht mit den Betätigungselementen 38 zusammen,
und der Aktuator 83 bleibt stationär und wird durch das stangenartige
Federelement 74, an dem die Haken 88 angreifen,
in der nicht an der Leiterplatte angreifenden Position gehalten.
Beim Einstecken eines Steckers mit niedriger Leistungsfähigkeit
in das Buchsengehäuse 34,
wie in 10 gezeigt, greift dieser an
den Betätigungselementen 38 an
und bewegt das Abstandselement 83 zwangsweise nach hinten,
so dass dieses veranlasst wird, gegen den ersten Biegungsbereich 78 zu
drücken,
wodurch wiederum der zweite Biegungsbereich 79 zum Angreifen
an den Schaltungseinrichtungen auf der Leiterplatte 37 veranlasst
wird, wie dies am besten in 10 zu
sehen ist. Das Abstandselement 83 bewegt sich entgegen
der Kraft des Federelements 74 nach hinten, und wenn der
an dem Stecker vorhandene Verriegelungsarm, der in 10 mit 25 bezeichnet
ist, einrastet, ist die Feder 74 daran gehindert, das Abstandselement 83 nach
vorne in seine Eingriffsposition zu ziehen. Wenn dagegen der Stecker
mit geringer Leistungsfähigkeit
entfernt wird, führt
die Feder 74 das Abstandselement 83 in seine außer Eingriff
befindliche Position oder Hochleistungsposition zurück.
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Es
versteht sich, dass es bei manchen Schaltungskonfigurationen wünschenswert
sein kann, dass die Kapazitätsstellen
oder andere Schaltungseinrichtungen in Berührung mit den Leitern stehen
77,
wenn sie eine nicht betätigte
Position einnehmen, um aus diesem Kontakt heraus bewegt zu werden,
wenn ein Stecker in die Buchse eingeführt wird. Aus dem Vorstehenden
ist entnehmbar, dass die Prinzipien der Erfindung ebenso bei einer
solchen Anwendung eingesetzt werden können. Der Stecker und die Buchse
gemäß der Erfindung
passen sich jedenfalls automatisch für eine Verwendung mit Buchsen
oder Steckern mit geringer Leistungsfähigkeit an, während sie
bei Verwendung miteinander eine Verbindung mit hoher Leistungsfähigkeit
bilden. Die hierin dargestellte und beschriebene Buchse ist Gegenstand
des
US-Patents Nr. 6 079 996 .