DE102004018430A1

DE102004018430A1 - Elektrische und mechanische Verbindungsanordnung

Info

Publication number: DE102004018430A1
Application number: DE102004018430A
Authority: DE
Inventors: Günter Neumann; Erwin Daberger; Tobias Schimmele-Brell
Original assignee: ITT Manufacturing Enterprises LLC
Current assignee: ITT Manufacturing Enterprises LLC
Priority date: 2004-04-06
Filing date: 2004-04-06
Publication date: 2005-10-27
Also published as: EP1585196A1; US7101223B2; US20050221670A1

Abstract

Bei einer elektrischen und mechanischen Verbindungsanordnung (10) aus einem mehradrigen Kabel (11) und einem zylindrischen Steckverbinderteil (14) in Form eines Steckers oder einer Buchse sind die Adern (12) des Kabels (11) mit in einem elektrischen Isolierteil (20) des Steckverbinderteils (14) gehaltenen Buchsen- oder Steckerkontakten (18) verbunden. Zum Erreichen von Verbindungsanordnungen sehr kleiner Baugröße ist eine von einem mit einem Isoliermantel (16) versehenen Endbereich des Kabels (11) bis zu einem dem Steckbereich (13) abgewandten Endbereich des Isolierteils (17) reichende Metallhülse (30) vorgesehen, die in bestimmten Längenabschnitten umfangsseitig einerseits mit dem Kabelisoliermantel (16) und andererseits mit dem Isolierteil (20) vercrimpt ist.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine elektrische und mechanische Verbindungsanordnung aus einem vorzugsweise mehradrigen Kabel und einem zylindrischen Steckverbinderteil in Form eines Steckers oder einer Buchse, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei einer derartigen aus der DE 40 15 092 C2 bekannten elektrischen und mechanischen Verbindungsanordnung ist das Steckverbinderteil mit seinem hinteren, dem Steckbereich abgewandten hohlen Ende mittels einer Quetschverbindung an einem Hochfrequenzkabel gehalten. Das vordere Ende des Steckverbinderteils trägt ein Isolierteil um einen Buchsen- oder Steckerkontakt sowie außenseitig einen Abschirmkontakt. Art und Weise der Befestigung des Steckbereichs am Steckverbinderteil ist nicht beschrieben. Üblicherweise sind bei solchen Steckverbinderteilen die einzelnen Bauteile des Steckbereichs untereinander und mit einem hohlen Gehäuse, in dessen hinteres Ende das Kabel eingeführt wird, über Verschraubungen und/oder Verrastungen miteinander verbunden. Derartige Verbindungen sind herstellungstechnisch und montagetechnisch relativ aufwendig. Außerdem benötigen derartige Verbindungen relativ viel Platz.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, eine elektrische und mechanische Verbindungsanordnung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der die Verbindung zwischen isoliertem Kabelende und Steckbereich montagetechnisch vereinfacht und gleichzeitig auch bei Verbindungsanordnungen sehr kleiner Baugröße anwendbar ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe sind bei einer elektrischen und mechanischen Verbindungsanordnung der genannten Art die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale vorgesehen.

Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen ist eine konstruktiv sehr einfache Schutzgehäuseverbindung erreicht, die auf einfache Art und Weise auch beim Endkunden montiert werden kann. Das Zusammenbauen der Verbindungsanordnung erfolgt in einfacher Weise durch das Crimpen der als Schutzgehäuse ausgebildeten Metallhülse an ihren beiden Enden, d.h. nicht nur zur Verbindung mit dem vollständig isolierten Ende des Kabels, sondern auch mit dem Steckbereich beziehungsweise dessen Isolierteil. Dabei ist mit dieser Schutzgehäusebeziehungsweise Metallhülsen-Verbindung sowohl eine formschlüssige und damit mechanisch zugfeste als auch eine absolut feuchtigkeitsdichte Verbindung erreichbar.

Mit den Merkmalen nach Anspruch 2 ist auch am Steckbereich beziehungsweise Isolierteil eine mechanisch feste Verbindung in einfacher Weise erreichbar. Sind dabei die Merkmale nach Anspruch 3 vorgesehen, ist in einfacher Weise eine feuchtigkeitsdichte Verbindung gewährleistet.

Mit den Merkmalen nach Anspruch 4 kann erreicht werden, dass die Größe der Materialverformung in bestimmten Bereichen begrenzt ist, ohne dass die Qualität der Crimpverbindung nachteilig beeinflusst ist. Zweckmäßigerweise sind dabei die Merkmale nach Anspruch 5 dann vorgesehen, wenn das Werkzeug zum Herstellen der Crimpverbindung aus zwei Halbschalen besteht, so dass eine Materialverformung an der Metallhülse im Bereich der aneinanderliegenden Werkzeughälften auf ein Minimum begrenzt ist und dadurch keine axiale Verformung auftritt.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform vorliegender Erfindung sind die Merkmale nach Anspruch 6 vorgesehen, womit erreicht ist, dass auch die Schirmung bei einem abgeschirmten Kabel von der Metallhülse in einfacher Weise übernommen und gegebenenfalls auf das weiterführende Kabel übertragen werden kann. Dadurch ist sowohl die mechanische als auch eine elektrische Verbindung in derselben Art und Weise herstellbar. Zweckmäßigerweise sind dabei die Merkmale nach einem oder mehreren der Ansprüche 7 bis 9 vorgesehen.

Mit den Merkmalen nach Anspruch 10 und/oder 11 sind ein sicheres Ergreifen und ein Beitrag zur Miniaturisierung gewährleistet, und mit denen nach Anspruch 12 eine sichere Handhabung beim Herstellen einer Steckverbindung und ein Knickschutz für das Kabel erreicht.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich ferner auf ein Werkzeug zum Herstellen einer Crimpverbindung an einer elektrischen und mechanischen Verbindungsanordnung der vorgenannten Art, wie sie durch die Merkmale nach Anspruch 13 beschrieben ist.

Dabei ist es zweckmäßig, das Werkzeug entsprechend den Merkmalen nach Anspruch 14 auszugestalten.

Weitere Einzelheiten der Erfindung sind der folgenden Beschreibung zu entnehmen, in der die Erfindung anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher beschrieben und erläutert ist. Es zeigen:
1 in auseinandergezogener Darstellung die Bauteile zur Herstellung einer Verbindungsanordnung gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiels vorliegender Erfindung,
2 in teilweise aufgebrochener Darstellung die Verbindungsanordnung in montiertem Zustand der einzelnen Bauteile und
3 in schematischer perspektivischer Darstellung ein Teil eines Crimpwerkzeugs zum Erreichen einer Verbindungsanordnung in einer Variante zu 2.
Die in den 1 und 2 dargestellte im Wesentlichen zylindrische Verbindungsanordnung 10 dient dazu, ein mehradriges Kabel 11 mit einem Steckbereich 13 eines Steckverbinderteils 14 mechanisch und gegebenenfalls zur elektromagnetischen Schirmung elektrisch zu verbinden, wobei die einzelnen Adern 12 des Kabels 11 mit dem Steckbereich 13 in gesonderter Weise verbunden werden.
1 zeigt das Kabel 11 mit hier beispielsweise fünf Adern 12, die jeweils einzeln und zusammen als Bündel an ihrem nicht abisolierten Bereich von einem Isoliermantel 15 beziehungsweise 16 umgeben sind. Der Steckverbinderteil 14 besitzt einen zweiteiligen Isolierkörper 20, dessen hinteres Durchführungsteil 17 hier beispielsweise Steckerkontakte 18 aufnimmt, mit denen die abisolierten Enden der einzelnen Adern 12 in geeigneter Weise, beispielsweise durch Crimpen fest verbunden werden. Die Steckerkontakte 18 sind im Durchführungsteil 17 axial schiebefest aufgenommen, überragen mit ihren vorderen Enden 19 das Durchführungsteil 17 und befinden sich innerhalb einer mit dem Durchführungsteil 17 axial verrastbaren Isolierhülse 21 des Isolierkörpers 20 (2). Es versteht sich, dass ein derartiger Isolierkörper 20 stattdessen auch mit Buchsenkontakten versehen sein kann.
Der zweiteilige Isolierkörper 20 ist von einer metallischen gestuften Verbindungshülse 22 umgeben, die in nicht dargestellter Weise an ihrem durchmesserkleineren vorderen Bereich mit einem metrischen Außengewinde oder Bajonettverschlussteil zum mechanischen Verbinden mit einem Buchsen-Steckverbinderteils an beispielsweise einem Gerätegehäuse versehen sein kann. Die Verbindungshülse 22 liegt mit ihrer vorderen Stirnfläche 27 an einer Schulter 28 der Isolierhülse 21 axial an. Der durchmessergrößere Bereich der Verbinderhülse 22 ist außenumfangsseitig mit einer griffigen Rändelung versehen.
Das Durchführungsteil 17 des Isolierkörpers 17 ist an seinem den Verbindungsbereich von Steckerkontakten 18 und Adern 12 aufnehmenden Endbereich mit zwei axial beabstandeten Ringnuten 23 und 24 versehen, in die jeweils ein O-Ring 25 beziehungsweise 26 eingelegt wird. Bei einer nicht dargestellten Variante sind die, beiden O-Ringe 25, 26 durch eine mit entsprechender axialer Ausdehnung versehene Dichtmanschette ersetzt.
Über das Kabel 11 ist eine Metallhülse 30 geschoben, die in Längsrichtung profiliert ist und die aus einem dünnwandigen Edelstahl hergestellt ist. Das dem Kabel 11 zugewandte hintere Ende der Metallhülse 30 ist mit einem umgebördelten Ringflansch 31 versehen, während das dem Steckbereich 13 zugewandte vordere Ende der Metallhülse 30 mit zwei radial nach außen gerichteten Ringansätzen oder -wulsten 32 und 33 versehen ist. Die Metallhülse 30 geht von einem das Kabel 11 umgebenden durchmesserkleineren Bereich konisch in einen durchmessergrößeren Bereich über, in den das Durchführungsteil 17 des Isolierkörpers 20 und über den der durchmessergrößere Bereich der Verbinderhülse 22 passt.
Beim dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Kabel 11 mit einem Abschirmgeflecht 35 versehen, das nach Freilegen vom Isoliermantel 16 über eine bestimmte axiale Länge zurück gestülpt auf einer über dem Isoliermantel 16 geschobenen metallischen Topfhülse 34 zu liegen kommt.
Des Weiteren ist die Verbindungsanordnung 10 mit einem metallischen ringförmigen Federkorb 36 versehen, der zwischen den beiden Ringwulsten 32 und 33 außenumfangsseitig an der Metallhülse 30 aufgenommen wird.
Die Metallhülse 30 dient als Schutzgehäuse und beim Ausführungsbeispiel auch als Schirmungsgehäuse, das in einfacher und schneller Weise eine mechanisch feste Verbindung und beim Ausführungsbeispiel auch eine elektrische Schirmungsverbindung zwischen dem Kabel 11 und dem Steckbereich 13 beziehungsweise dessen Isolierkörper 17 beziehungsweise dessen metallischer Verbinderhülse 22 bietet. Hierzu werden zunächst die Adern 12 mit den Steckerkontakten 18 verbunden und die letzteren in den Durchführungsteil 17 des Isolierkörpers 20 verrastend eingesteckt. Über den Isolierkörper 18 werden die beiden O-Ringe 25 und 26 gebracht und die Isolierhülse 21 auf den Durchführungsteil 17 verrastend gesteckt und die bereits aufgefädelte Verbinderhülse 22 über die Isolierhülse 21 bis zu deren Ringschulter 28 gebracht.
Danach wird die Metallhülse 30 mit dem zwischen die beiden Ringwulste 32 und 33 gebrachten Federkorb 36 über das mit den O-Ringen 25, 26 versehenen Durchführungsteil 17 und unter den durchmessergrößeren hinteren Teil der Verbinderhülse 22 gebracht, wobei sich der metallische Federkorb 36 an den Innenumfang dieses Teils der metallischen Verbinderhülse 22 federnd vorgespannt anlegt. Dies führt zu einer sowohl elektrischen als auch mechanisch reibenden Verbindung zwischen Metallhülse 30 und Verbinderhülse 22.
In diesem Zustand werden an der Metallhülse 30 von deren Außenumfang her drei Crimpverbindungen 37, 38 und 39 vorgenommen. Die erste Crimpverbindung 37 erfolgt zur Verbindung der Metallhülse 30 mit dem Isolierkörper 20 derart, dass im Bereich der aus der Verbinderhülse 22 axial herausragenden und mit dem O-Ring 25 bestückten Ringnut 23 im Durchführungsteil 17 ein umfangsseitiges Eindrücken der Metallhülse 30 vorgenommen wird, wodurch die radial nach innen vorstehende Verformung 47 den O-Ring 25 verformt und in die Ringnut 23 teilweise eingreift. Dadurch ist sowohl eine feuchtigkeitsdichte als auch eine in axialer Richtung mechanisch feste Verbindung erreicht. Auf Grund der hohen Reibung der Metallhülse 30 gegenüber dem O-Ring 25 ist auch eine drehfeste Verbindung erreicht.
Eine zweite Crimpverbindung 39 erfolgt über einem ringförmigen Bereich der Metallhülse 30 nahe dem als Kabelbiegeschutz dienenden Ringflansch 31 derart, dass die radial nach innen vorstehende Verformung 49 den Isoliermantel 16 des Kabels 11 zusammendrückt, wodurch sich ebenfalls eine feuchtigkeitsdichte und mechanisch zugfeste und drehfeste Verbindung erreichen lässt.
Beim dargestellten Ausführungsbeispiel, bei dem das Kabel 11 mit der Topfhülse 34 und dem umgestülpten Abschirmgeflecht 35 versehen ist, erfolgt eine dritte Crimpverbindung 38 derart, dass die radial nach innen vorstehende Verformung 48 der Metallhülse 30 umfangsseitig auf das Abschirmgeflecht 35 klemmt, so dass die Metallhülse 30 die elektromagnetische Abschirmung der abisolierten Kabeladern 12 und deren Verbindung mit den Steckerkontakten 18 im Isolierkörper 20 übernimmt und, wie erwähnt auf die Verbinderhülse 22 und über diese die Schirmung ununterbrochen auf einen weiteren Steckverbinderteil überträgt.
In der Zeichnung sind die radial nach innen ragenden wulstartigen Verformungen 47, 48, 49 der Crimpverbindungen 37 bis 39 gleichmäßig ausgebildet, das heißt, die Höhe der radial nach innen ragenden Verformungen 47 bis 49 ist über den gesamten Innenumfang gleich.
Bei einem nicht im Einzelnen dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Verformungen 47 bis 49 der Crimpverbindungen 37 bis 39 derart, dass sie an jeweils zwei diametral gegenüberliegenden Bereichen eine maximale Höhe beziehungsweise eine minimale Höhe besitzen. Mit anderen Worten, über jeweils einen Bereich von 180° sind die Verformungen 47 bis 49 bezüglich ihrer Höhe (radialen Abmessung) in axialer Richtung gesehen sichelförmig ausgebildet, derart, dass sie von einer Höhe nahe oder gleich Null über eine maximale Höhe wieder zu einer Höhe nahe oder gleich Null stetig verlaufen.
Diese Ausgestaltung der radial nach innen ragenden wulstartigen Verformungen 47 bis 49 erfolgt mit einem in 3 schematisch und nur teilweise dargestellten Crimpwerkzeug 40, das aus zwei Halbschalen 41 besteht, wobei jede Halbschale 41 innenseitig in Umfangsrichtung gesehen einen radial nach innen weisenden Formungsvorsprung 42 aufweist, dessen radial nach innen verlaufender Abstand zur Innenumfangsfläche 43 der Werkzeughalbschale 41 von einem Betrag nahe oder gleich Null über einen maximalen Betrag wieder zu einem Betrag nahe oder gleich Null, das heißt axial gesehen sichelförmig verläuft.
Diese Ausgestaltung der beiden Werkzeughalbschalen 41 hat den Vorteil, dass dort, wo die beiden Werkzeughalbschalen 41 radial aufeinander zu gehen, das heißt in der Trennebene während des Crimpvorganges in axialer Richtung keine Verformung der Metallhülse 30 bewirkt wird.
Durch die beschriebene Konstruktion beziehungsweise Verbindung ist eine sehr kleinbauende Verbindungsvorrichtung 10 erreicht, die beispielsweise einen maximalen Durchmesser von circa 15 mm und eine Länge von der Stirn der Verschlusshülse 21 bis zum abgewandten Ende 31 der Metallhülse 30 von circa 55 mm besitzt.
Erwähnt sei noch, dass diese Verbindungsanordnung auch bei einadrigen Kabeln und hier insbesondere bei Koaxialkabeln angewendet werden kann.

Claims

Elektrische und mechanische Verbindungsanordnung (10) aus einem vorzugsweise mehradrigen Kabel (11) und einem zylindrischen Steckverbinderteil (14) in Form eines Steckers oder einer Buchse, wobei die Adern (12) des Kabels (11) mit in einem elektrischen Isolierkörper (20) des Steckverbinderteils (14) gehaltenen Buchsen- oder Steckerkontakten (18) verbindbar beziehungsweise verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass eine von einem mit einem Isoliermantel (16) versehenen Endbereich des Kabels (11) bis zu einem dem Steckbereich (13) abgewandten Endbereich des Isolierkörper (20) reichende Metallhülse (30) vorgesehen ist, die in bestimmten Längenabschnitten umfangsseitig einerseits mit dem Kabelisoliermantel (16) und andererseits mit dem Isolierkörper (20) vercrimpbar beziehungsweise vercrimpt ist.
Verbindungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die radial nach innen weisende Crimpverformung (47) der Metallhülse (30) in eine Umfangsnut (23) des Isolierkörper (20) greift.
Verbindungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Umfangsnut (23) des Isolierkörper (20) ein Dichtelement (25) vorgesehen ist.
Verbindungsanordnung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die radial nach innen weisende Crimpverformung (47, 48, 49) der Metallhülse (30) längs ihres Innenumfangs unterschiedliche Höhe aufweist.
Verbindungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die radial nach innen weisende Crimpverformung (47, 48, 49) der Metallhülse (30) über jeweils 180° eine sichelförmig verlaufende Höhe aufweist.
Verbindungsanordnung, bei der das Kabel (11) eine äußere Schirmung (35) aufweist, nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schirmung (35) endseitig über den Kabelisoliermantel (16) rückgelegt ist und dass die Metallhülse (30) längs der rückgelegten Schirmung (35) mit dieser vercrimpbar beziehungsweise vercrimpt ist.
Verbindungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Kabelisoliermantel (16) und der umgestülpten Schirmung (35) eine Topfhülse (34) angeordnet ist.
Verbindungsanordnung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallhülse (30) an ihrem isolierteilseitigen Ende mit einer elektrischen Verbindung (36) zu einem Schirmungsteil (27) am Steckverbinderteil (14) versehen ist.
Verbindungsanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Verbindung durch einen metallischen Federkorb (36) und das Schirmungsteil durch eine metallische Verbinderhülse (22) gebildet ist.
Verbindungsanordnung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallhülse (30) hinsichtlich ihres Durchmessers profiliert ist.
Verbindungsanordnung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallhülse (30) dünnwandig und aus Edelstahl ist.
Verbindungsanordnung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallhülse (30) an ihrem kabelseitigen Ende mit einem radial nach außen stehenden Bördelrand (31) versehen ist.
Werkzeug (40) zum Herstellen einer Crimpverbindung (37, 38, 39) an einer elektrischen und mechanischen Verbindungsanordnung nach Anspruch 1 und gegebenenfalls einem der folgenden, gekennzeichnet durch zwei identische Werkzeughalbschalen (41), die innenumfangsseitig einen einen radial nach innen gerichteten und axial gesehen sichelförmigen Höhenverlauf aufweisenden Formungsvorsprung (42) aufweisen.
Werkzeug nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe des sichelförmigen Formungsvorsprungs (42) in der Trennebene des Werkzeugs nahezu oder gleich null ist.