电气插接式连接装置的制作方法

本发明涉及一种电气插接式连接装置，其包括带有外部导体接触元件的电气插接式连接器以及相应的带有配对的外部导体接触元件的电气配对插接式连接器。

背景技术：

1、电气插接式连接装置由电气插接式连接器和相应的配对插接式连接器组成，用于数据信号和/或电气供应电压的可断开传输。为了防止电磁辐射耦合进入插接式连接装置以及从插接式连接装置耦合释放，插接式连接装置通常采用屏蔽结构。特别是在传输高频至最高频率的信号的情况下，对屏蔽的要求尤其高。在这种情况下，插接式连接器的外部导体接触元件与配对插接式连接器的配对外部导体接触元件之间的外部导体接触很少是通过径向接触进行的，因为外部导体接触元件的单个弹簧夹的点状接触无法实现全方位的外部导体接触。相反，在这些应用领域，通常利用外部导体接触元件与配对的外部导体接触元件之间的平面以及平面平行的接触面进行正面接触。

2、图1a显示了插接式连接器和配对插接式连接器之间插接操作的纵向剖面示意图，图1b的纵向剖面示意图显示外部导体接触元件和配对外部导体接触元件在插接状态下的正面接触。正面接触的理想状态是实现全面积接触，这种全面积接触相对于插接式连接装置的纵向轴线是外围封闭的，从而在插接式连接器和配对插接式连接器之间的电气和机械接口处实现最佳屏蔽。

3、可靠的正面接触通常需要较高的轴向接触压力。相反，如果轴向接触压力不足，外部导体接触元件和相应的配对外部导体接触元件之间就会发生倾斜，如图1c所示。由于插接式连接器的外部导体接触元件的内径与配对插接式连接器的配对外部导体接触元件的外径之间需要一定的间隙，因此可以实现倾斜。

4、因此，在插接时插接式连接装置的不理想的倾斜状态下，原本预期的外围全面积接触变成了单面点状接触，从而损害了屏蔽和高频传输的特性。此外，单面点状接触的特性也不稳定，可能会随时间而变化，因此可能会产生不希望产生的无源互调(pim)。

5、需要对这种情况进行改进。

技术实现思路

1、在此背景下，本发明的目的是规定一种电气插接式连接装置，即使在插接式连接器和配对插接式连接器之间处于倾斜状态下，也能实现外部导体接触元件和配对外部导体接触元件之间可靠的周边接触。

2、根据本发明，这一目的是通过电气插接式连接装置来实现的。

3、相应地，提供如下内容：

4、一种插接式电气连接装置，其包括

5、-电气的插接式连接器，以及

6、-相应的电气的配对插接式连接器，

7、-插接式连接器具有外部导体接触元件，以及

8、-配对插接式连接器具有配对外部导体接触元件，以及

9、-外部导体接触元件的插接侧的端部区域配置有内表面，该内表面相对于插接式连接器的纵向轴线旋转对称，其内径沿与插接式连接器的插接方向相反的方向逐渐变小，以及

10、-在配对外部导体接触元件的插接侧的端部区域配置有外表面，该外表面相对于配对插接式连接器的纵向轴线旋转对称，其外径沿配对插接式连接器的插接方向逐渐变小，

11、-内表面和外表面只在环形线上接触。

12、构成本发明基础的发现/概念包括：在外部导体接触元件的接触区域配置内表面，该内表面的内径沿与插接式连接器的插接方向相反的方向逐渐变小；在配对外部导体接触元件的接触区域配置外表面，该外表面的外径沿配对插接式连接器的插接方向逐渐变小。这样，就可以在外部导体接触元件的内表面上实现具有相对于插接式连接器纵向轴线的轴向力分量和径向或横向力分量的接触力，并在配对外部导体接触元件的外表面上实现具有相对于配对插接式连接器纵向轴线的轴向力分量和径向或横向力分量的接触力。

13、本发明尤其(但不限于)适用于插接式连接装置，在这种情况下，存在机械间隙，例如，由于制造公差，这种间隙允许插接式配合件在插接状态下倾斜。

14、旋转对称的内表面优选是完全连续的表面，在本发明中通常不能理解为多个单独表面的组合。外表面优选也是如此。

15、插接式连接器优选只有一个(尤其是正好一个连续的)内表面，而配对插接式连接器只有一个(尤其是正好一个连续的)外表面，用于电气和机械的外部导体接触。

16、在电气和机械的外部导体接触中，优选使用无接触式弹簧夹。

17、此外，如果外表面和内表面之间不是全面积接触，而是线性接触，特别是仅在环形线上的接触，那么对于在插接式连接器的纵向轴线和配对插接式连接器的纵向轴线之间的每一个倾斜角度下，内表面上的环形线就会与外表面上与倾斜角度所对应的环形线接触。因此，在每种情况下，外表面上的不同环形线与内表面的环形线的接触方式取决于倾斜角度的大小。

18、在环形线上的接触要求外部导体接触元件具有相对于插接式连接器的纵向轴线旋转对称的内表面，以及配对外部导体接触元件具有相对于配对插接式连接器纵向轴线旋转对称的外表面。如果环形线的中心点位于插接式连接器的纵向轴线上，则接触的环形线位于外部导体接触元件的内表面。

19、如果插接式连接器和配对插接式连接器的纵向轴线没有倾斜，也就是说插接式连接器和配对插接式连接器的纵向轴线相互对齐，那么如果环形线的中心点同时位于插接式连接器的纵向轴线和配对插接式连接器的纵向轴线上，则接触的环形线同时位于外部导体接触元件的内表面和配对外部导体接触元件的外表面。

20、特别地，在插接式连接的至少一种可能的插接状态下，优选是在多种可能的插接状态下，尤其是在插接式连接器和配对插接式连接器的纵向轴线同轴的情况下，内表面和外表面可以在环形线上接触。优选地，在所有可能的插接状态下，内表面和外表面在环形线上接触。

21、在插接式连接器的纵向轴线和配对插接式连接器的纵向轴线之间倾斜的情况下，由接触平面的接触环形线确定的接触平面的方向相对于配对插接式连接器的纵向轴线以倾斜角度倾斜。接触平面的方向由穿过外表面上的接触环形线的中心点的接触平面的表面矢量的方向决定。

22、如果在每种情况下，外部导体接触元件和配对外部导体接触元件的接触区域分别位于插接式连接器和配对插接式连接器的插接侧的端部区域，并且配对插接式连接器插接侧的端部区域上的配对外部导体接触元件插接到插接式连接器的外部导体接触元件，则外部导体接触元件的内表面和配对外部导体接触元件的外表面之间会发生接触。

23、外部导体接触元件和配对外部导体接触元件之间的全方位接触，有利地实现全方位屏蔽或全方位屏蔽传输，因此，在插接式连接器和相应的配对插接式连接器之间有不同程度的倾斜时，以及在非倾斜情况下，高频传输特性由于插接式连接的屏蔽得到了优化。

24、此外，与全面积接触相比，环形线上的线性接触可实现更高的接触压力。这样，接触元件之间接触区域的意外偏差就可以通过较小的接触力得到补偿，从而更有效地实现接触元件之间的全方位电气接触。

25、最后，与全面积接触相比，线性接触可以在插接式连接器和配对插接式连接器之间发生倾斜运动时，特别是发生多次重复倾斜运动时(在多次插接循环的情况下)，在接触面之间摩擦。随着时间的推移，在接触面上形成的氧化层会以不希望的方式增加接触电阻，而通过线性触点的摩擦运动，氧化层就会有利地被消除，从而保持较低的接触电阻。

26、如果在插接操作过程中，插接式连接器的纵向轴线与配对插接式连接器的纵向轴线之间出现轴向偏移，则配置为在配对插接式连接器的插接方向上内径变小的外部导体接触元件的内表面可使配对插接式连接器在插接式连接器中对中，从而使其轴向定位成为可能。

27、外部导体接触元件的内表面的外径和配对外部导体接触元件外表面的内径在每种情况下都可以以直线、弯曲、单阶梯或多阶梯的方式逐渐变小。在弯曲逐渐变小的情况下，曲率半径恒定或曲率半径可变都是可以想象的。曲率可以是凸形或凹形。在外径或内径直线逐渐变小的情况下，会出现锥形外表面或锥形内表面。在外径或内径呈凸形或凹形逐渐变小的情况下，外表面呈凸形或凹形弯曲，内表面呈凸形或凹形弯曲。如果内表面的内径或外表面的外径以恒定的曲率半径呈凸或凹的弯曲逐渐变小，则外表面或内表面的曲率呈凸球形或凹球形。在所有其余的曲率情况中，都存在非球面曲率。凸面曲率和凹面曲率之间的过渡，即s形曲率，也可以想象为非球面曲率的一种特殊情况。

28、外表面(其外径逐渐变小)和内表面(其内径逐渐变小)可分别延伸至配对外部导体接触元件和外部导体接触元件的较大轴向部分。作为替代方案，外表面(其外径逐渐变小)和内表面(其内径逐渐变小)在每种情况下也可以仅在圆边或斜边的轴向部分配置。

29、如果外表面的外径或内表面的内径在每种情况下都以直线、凸形弯曲或凹形弯曲的方式逐渐变小，则逐渐变小是沿着外表面或内表面的整个轴向连续进行的。这样就能确保在插接式连接器的纵向轴线与配对插接式连接器的纵向轴线之间的每一个在技术上合适的倾斜角度内，外表面的环形线都能与内表面的环形线进行全周接触。

30、在本发明的进一步实施例中，内表面的内径和外表面的外径以不同的斜度或不同的曲率半径逐渐变小。

31、还可以设想外表面或内表面各自有多个轴向部分，其内径或外径在每种情况下都以不同斜度的线性方式逐渐变小，或在每种情况下都以不同曲率半径的弯曲方式逐渐变小。外表面或内表面的多个轴向部分也可以形成内径或外径的锥形和弯曲锥形的组合。在这些情况下，外表面或内表面的各个轴向部分之间的过渡处都可以形成外围边缘。

32、本发明的一种特别有利的进一步的实施例，内表面的内径以直线或阶梯(单阶梯或多阶梯)方式逐渐变小，而外表面的外径以曲线方式逐渐变小，反之亦然。事实证明，将非弯曲或非弧形锥度与弯曲或弧形锥度相结合尤其具有优势。

33、如上所述，如果插接式连接器的纵向轴线与配对插接式连接器的纵向轴线之间的倾斜角度发生变化，外部导体接触元件内表面与配对外部导体接触元件外表面之间的接触环形线在配对外部导体接触元件的外表面上的位置也会发生变化。只有当外部导体接触元件的外表面的外径以线性或弯曲方式逐渐变小时，配对外部导体接触元件外表面的接触环形线的位置才会发生变化。如果外表面的外径呈阶梯状逐渐变小，则无法改变配对外部导体接触元件外表面上接触环形线的位置。在这种情况下，外表面上的接触环形线以不同的倾斜角度设置在外表面的外径的外缘上，外径以阶梯的方式逐渐变小。

34、外部导体接触元件的内表面与配对外部导体接触元件的外表面在环形线上的接触是线性接触。在这里和下文中，环形线上的线性接触不仅包括理想化情况下的线性接触，还包括外部导体接触元件和配对外部导体接触元件之间的环形线状接触在确定接触压力的情况下，由于外部导体接触元件和配对外部导体接触元件的残余弹性而产生的扁平化(即所谓的表面压力或赫兹应力)。

35、外部导体接触元件和配对外部导体接触元件在每种情况下都是由机械和电气性能良好的材料制成的套筒状接触元件，这些材料优选是黄铜、青铜、钢或不锈钢。为了尽量减小接触区域的接触电阻，外部导体接触元件和配对外部导体接触元件(尤其是在接触区域)可以涂上导电性能良好的涂层材料，优选是金、银或镍。作为替代方案，也可以选择无涂层的接触表面。

36、由于外部导体接触元件和配对外部导体接触元件各自具有形状为旋转对称的接触区域，即旋转对称的内表面和旋转对称的外表面，因此外表面的边缘和内表面的边缘，特别是外表面和内表面的内边缘，优选也是旋转对称的构造。因此，外部导体接触元件和配对外部导体接触元件分别用于接收内部导体接触元件和配对内部导体接触元件的通孔优选都具有环形截面轮廓。因此，用于配置同轴插接式连接器的单个内部导体接触元件优选安装在外部导体接触元件的环形通孔中，用于配置同轴配对插接式连接器的单个配对内部导体接触元件优选安装在配对外部导体接触元件的环形通孔中。不过，作为替代方案，也可以选择多个内部导体接触元件和多个配对内部导体接触元件，例如两个或四个内部导体接触元件和两个或四个配对内部导体接触元件。

37、插接式连接器和配对插接式连接器优选都是电缆插接式连接器。不过，插接式连接器或作为替代方案，配对插接式连接器在每种情况下都可以配置为印刷电路板插接式连接器、壳体插接式连接器、齐平式插接式连接器或适配器插接式连接器。插接式连接器和配对插接式连接器优选都配置为直插式连接器。在每种情况下，插接式连接器和配对插接式连接器的角度变化也是可以设想的。在这一变化中，在上下文中提到的插接式连接器的纵向轴线和配对插接式连接器的纵向轴线的特征与插接式连接器和配对插接式连接器的插接侧的端部区域的插接式连接器和配对插接式连接器的纵向轴线有关。

38、根据进一步的从属权利要求和参照图纸的描述，可以得到有益的改进和发展。

39、不言而喻，上文提到的和下文将要解释的特征不仅可以以各自指定的组合方式使用，还可以以其他组合方式使用或单独使用，而不会偏离本发明的范围。

40、在外径和内径以直线或弯曲方式逐渐变小的情况下，外部导体接触元件的内表面和配对外部导体接触元件的外表面优选分别具有相对于插接式连接器的纵向轴线和相对于配对插接式连接器的纵向轴线的斜度，斜度范围在35°至75°之间，优选在55°至65°之间，尤其优选为60°。

41、如果内表面和外表面的斜度均低于规定的参数范围，在制造公差的情况下，插接式连接器的轴向位置可能会出现误差。如果内表面和外表面的斜度均大于规定的参数范围，接触面之间产生的静摩擦会阻碍插接式连接器和配对插接式连接器之间的对中。

42、在本发明的一个优选实施例中，如果环形线位于外表面或内表面的外围外边缘上，或者位于外表面或内表面的凸形弯曲面上，则外部导体接触元件的内表面与配对外部导体接触元件的外表面之间的环形线状接触可分别发生在插接式连接器与配对插接式连接器之间的不同倾斜角度上。

43、在此处和下文中，外围外边缘与外围内边缘的区别在于，外围外边缘是指在外部导体接触元件的内表面上，沿着与配对外部导体接触元件相对的外表面方向隆起的边缘，或者在配对外部导体接触元件的外表面上，沿着与外部导体接触元件相对的内表面方向隆起的边缘。外围外边缘是内表面和外表面两个下落部分表面之间的边界。外边缘倾斜部分表面之间的角度可以是锐角，也可以是钝角。在第一种情况下，外边缘配置为毛边。在第二种情况下，内表面和外表面的两个平直上升部分表面之间具有外边缘。如果内表面和外表面的下落部分表面之间的夹角为90°，则内表面的内径或外表面的外径呈阶梯状逐渐变小。

44、内表面或外表面的外围凸形弯曲面也称为外围正弯曲面，是内表面或外表面的外表面向外的弯曲。它在内表面锥形内径或外表面外径的方向上有凸起的弯曲面。

45、如果外边缘或沿内表面方向的凸形弯曲面在每种情况下都只配置在外表面上，或者外边缘或沿外表面方向的凸形弯曲面在每种情况下都只配置在内表面上，则分别与之接触的相对表面的直径的逐渐变小，即内表面内径的逐渐变小和外表面外径的逐渐变小，在每种情况下都可以以圆锥形、单阶梯形或多阶梯形、凸形弯曲或凹形弯曲的方式配置。

46、在本发明的另一个优选实施例中，内表面在每种情况下都可以配置为与外部导体接触元件的插接侧的端部在轴向上间隔，或者外表面在每种情况下都可以配置为与配对外部导体接触元件的插接侧的端部在轴向上间隔。

47、如果插接式连接器的内表面(其内径在与插接式连接器的插接方向相反的方向上逐渐变小)可以与外部导体接触元件的插接侧的端部在轴向上间隔布置，则外部导体接触元件具有用于引入配对外部导体接触元件的引入区域。这样，外部导体接触元件就可以在插接式连接器与配对插接式连接器的插接操作中，在第一插接工艺步骤中，在内部导体接触元件与配对内部导体接触元件对齐之前，与配对外部导体接触元件对齐。为了改进外部导体接触元件与配对外部导体接触元件的对齐，可在引入区域配置捕获漏斗功能。为此，引入区域的插接侧的端部可以是斜面，或者引入区域的整个轴向部分可以是锥形。

48、作为替代方案，配对插接式连接器的外表面(其中外径沿配对插接式连接器的插接方向逐渐变小)可以与配对外部导体接触元件的插接侧的端部在轴向上间隔布置，以便在插接式连接器与配对插接式连接器的插接操作中，在内部导体接触元件相对于配对内部导体接触元件对齐之前，外部导体接触元件相对于配对外部导体接触元件对齐。在这里，配对外部导体接触元件的插接侧的端部位于外部导体接触元件内表面的中心，而外部导体接触元件的内径在与插接式连接器的插接方向相反的方向上逐渐变小。在这种情况下，外部导体接触元件不能有任何位于插接侧上的外表面区域上游的引入区域。为了改善配对外部导体接触元件相对于外部导体接触元件的对中，可以在配对外部导体接触元件的插接侧的端部配置斜面。

49、在本发明的另一个优选实施例中，插接式连接器和/或配对插接式连接器可以各自具有轴向作用的夹紧装置，以便外部导体接触元件的内表面与配对外部导体接触元件的外表面以足够的接触压力接触。这里优选使用轴向作用的夹紧弹簧，以预应力方式夹在插接式连接器壳体和外部导体接触元件之间。夹紧弹簧的弹力作用在外部导体接触元件上，实现外部导体接触元件在插接方向上的接触力。作为插接式连接器的夹紧弹簧的替代或补充，还可以提供夹紧弹簧，该夹紧弹簧以预紧方式夹在配对插接式连接器壳体和配对外部导体接触元件之间，并产生接触力，该接触力作用于配对外部导体接触元件的插接方向。

50、产生接触力的另一种技术方案是在插接式连接器和配对插接式连接器之间采用螺栓连接，特别是通过带有内螺纹的联合螺母进行连接。最后，还可以提供磁铁或闩锁装置作为夹紧装置。

51、为了传输高频或最高频率信号，插接式连接器还可以具有内部导体接触元件，该内部导体接触元件至少可以部分地布置在外部导体接触元件内，而配对插接式连接器还可以具有配对内部导体接触元件，配对内部导体接触元件至少可以部分地布置在配对外部导体接触元件内。在插接式连接的插接状态下，内部导体接触元件和配对内部导体接触元件优选能在配对外部导体接触元件的轴向部分内接触。如果内部导体接触元件优选只布置在外部导体接触元件的一部分内，则内部导体接触元件可以布置在外部导体接触元件内进行保护，配对内部导体接触元件也可以布置在配对外部导体接触元件内进行保护。

52、此外，内部导体接触元件、配对内部导体接触元件、外部导体接触元件和配对外部导体接触件之间的这种布置，在插接式连接器和配对插接式连接器之间倾斜的情况下，特别是在倾斜角度相对较大的情况下，可能会导致：内部导体接触元件和/或配对内部导体接触元件弯曲，以及在更大程度上导致内部导体接触元件和/或配对内部导体接触元件永久性损坏，内部导体接触元件和配对内部导体接触元件之间接触的松脱。

53、在一个特别优选的实施方案中，内部导体接触元件和配对内部导体接触元件之间的接触可以布置在配对外部导体接触元件的轴向部分，即配对外部导体接触元件外表面的轴向部分，与配对外部导体接触元件的插接侧的端部相邻。在一个理想的实施方案中，内部导体接触元件和配对内部导体接触元件之间的接触可以布置在配对外部导体接触元件外表面的旋转或倾斜中心。

54、在倒数第二个提及的情况下，特别是在最后一种情况下，当插接式连接器和配对插接式连接器相邻或正好在其接触区域内倾斜时，配对内部导体接触元件相对于内部导体接触元件旋转，结果是内部导体接触元件和/或配对内部导体接触元件没有损坏或至少只有很小的损坏。

55、内部导体接触元件和配对内部导体接触元件可以按照通常的径向接触方式，优选是按照插座/插针原理相互接触。

56、在本发明的另一个优选实施方案中，内部导体接触元件与配对内部导体接触元件之间的接触可以根据外部导体接触元件与配对外部导体接触元件的接触原则来实现。

57、为此，在接触原则的第一个实施例中，在内部导体接触元件的插接侧的端部区域配置有内径与插接式连接器的插接方向相反的方向逐渐变小的内护套表面，在配对内部导体接触元件的插接侧的端部区域配置有外径沿配对插接式连接器器的插接方向逐渐变小的外护套表面。

58、为此，在接触原则的第二个实施例中，在内部导体接触元件的插接侧的端部区域配置有外径沿插接式连接器的插接方向逐渐变小的外护套表面，在配对内部导体接触元件的插接侧的端部区域配置有内径沿与配对插接式连接器的插接方向相反的方向逐渐变小的内护套表面。

59、在接触原则的两个实施例中，内护套表面都可以与外护套表面仅在环形线上接触。

60、上述针对外部导体接触元件内表面和内部导体接触元件外表面的各个技术特征同样适用于内部导体接触元件的内护套表面或外护套表面以及相应配对内部导体接触元件的外护套表面或内护套表面的技术实施例。

61、为了实现内部导体接触元件和配对内部导体接触元件之间的接触压力，内部导体接触元件和/或配对内部导体接触元件优选在每种情况下都以受弹簧支撑的方式安装。为此，在一个特别优选的实施例中，内部导体接触元件和/或配对内部导体接触元件可以各自具有压缩弹簧，该压缩弹簧可以布置在内部导体接触元件和/或配对内部导体接触元件的两个轴向间隔的部件主体之间。

62、上述改进和发展可根据需要酌情相互结合。本发明其他可能的改进方案、改进和实施还包括未明确提及的本发明特征的组合，这些特征已在上文或下文的示例性实施方案中进行了描述。

63、特别是，本领域的技术人员还可以在本发明各基本形式的基础上，增加个别方面作为改进或补充。