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Die
Erfindung betrifft einen elektrischen Steckverbinder zum lösbaren Verbinden
eines mehradrigen Anschlußkabels
mit einem Gegensteckverbinder, mit einem das Anschlußkabel bzw.
die Adern umschließenden
Griffkörper
und mit einem eine Mehrzahl von Kontaktelementen aufnehmenden bzw.
haltenden Kontaktträger,
wobei die einzelnen Kontaktelemente elektrisch leitend mit den einzelnen Adern
verbunden sind.
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Elektrische
Steckverbindungen bestehen im wesentlichen aus zwei Teilen, dem
elektrischen Steckverbinder und dem Gegensteckverbinder. Sowohl
der Steckverbinder als auch der Gegensteckverbinder weisen jeweils
einen Kontaktträger
mit entsprechenden Kontakten auf, bei denen es sich entweder um
Kontaktstifte oder um die korrespondierenden Buchsen handelt. In
Abhängigkeit
davon, ob in dem jeweiligen Kontaktträger die Kontaktstifte oder die
Buchsen angeordnet sind, wird das zugehörige Verbindungsteil auch als
Stekker oder als Buchse bezeichnet. In der Praxis ist es zumeist
so, daß der Steckverbinder,
dessen Kontaktträger
die Kontaktstifte aufweist, d.h. der Stecker, eine Überwurfschraube
mit einem Außengewinde
als Überwurfhülse und
der Steckverbinder, in dessen Kontaktträger die Buchsen angeordnet
sind, d.h. die Buchse, eine Überwurfmutter
mit einem Innengewinde als Überwurfhülse aufweist.
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Derartige
elektrische Steckverbindungen bzw. Steckverbinder werden als Industriestecker
in der Automatisierungstechnik sowohl in Schaltschränken als
auch bei Feldgeräten
in unterschiedlichen Ausführungsformen
eingesetzt. Weite Verbreitung haben dabei insbesondere die Bauformen
M8 und M12 mit 3, 4, 5, 6 oder auch 8 Kontakten gefunden. Die Steckverbinder
dienen dann zum Anschluß von Anschlußkabeln
mit einer entsprechenden Anzahl an Adern, wobei die einzelnen Adern
jeweils aus einem Leiter und einer den Leiter umgebenden Aderisolation
bestehen und gemeinsam von einer Kabelisolation umgeben sind. Anstelle
eines massiven Leiters können
die Adern auch mehrere Litzen aufweisen, wobei nachfolgen – ohne Einschränkung hierauf – stets
nur von Leitern die Rede ist; dies soll somit stets auch Litzen
umfassen.
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In
der Praxis kommt es häufig
vor, daß der elektrischen
Steckverbinder an einem elektrischen Gerät befestigt werden muß, wo der
Gegensteckverbinder nur relativ schlecht zugänglich ist. Bei einem solchen
elektrischen Gerät
kann es sich beispielsweise um eine Verteilerbox, insbesondere eine
sogenannte Sensor-Aktor-Box handeln, mit deren Hilfe mehrere Sensoren
oder Aktoren an einen gemeinsamen Bus angeschlossen werden können. Derartige Sensor-Aktor-Boxen weisen
an ihrer Oberseite mehrere Anschlußkörper auf, auf die zum Anschluß eines mit
einem Sensor oder Aktor verbundenen elektrischen Kabels die Überwurfmutter
eines Steckverbinders aufgeschraubt werden muß. Derartige Sensor-Aktor-Boxen
zum Anschluß mehreren
Sensoren oder Aktoren sind beispielsweise in dem Prospekt "Industriestecker
PLUSCON 2002", Seiten
22-47 der Phoenix Contact, Blomberg, dargestellt.
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Um
die Zugänglichkeit
zu erleichtern, werden die elektrischen Steckverbinder nicht nur
in gerader sondern auch in um 90° abgewinkelte
Ausführung
angeboten, wobei bei der um 90° abgewinkelten Ausführung der
Griffkörper
des elektrischen Steckverbinders um 90° abgewinkelt ist, so daß zwischen der
Längsrichtung
des aufgenommenen Anschlußkabels
und der Längsrichtung
der Kontakte ein Winkel von 90° besteht.
Dadurch kann die Zuführung
des elektrischen Kabels an die Oberseite des elektrischen Geräts nicht
nur senkrecht zur Oberseite, sondern auch parallel zur Oberseite
erfolgen, wodurch sich die Anwendungsmöglichkeiten erhöhen und
die Handhabung vereinfacht.
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Elektrische
Steckverbinder können
entweder frei konfektionierbar oder bereits fertig verdrahtet sein,
wobei dann der Kontaktträger
und das Anschlußkabel
in der Regel von dem Griffkörper
umspritzt sind. Dabei kann auch der Griffkörper selber durch umspritzen
der Kontaktträger
hergestellt werden.
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Bei
frei konfektionierbaren elektrischen Steckverbindern kann die elektrische
und mechanische Verbindung der einzelnen Adern beispielsweise in
Schraub-Anschlußtechnik
erfolgen, wozu es zunächst
erforderlich ist, daß die
Enden der anzuschließenden
Adern abisoliert werden, damit es zu einem elektrischen Kontakt
zwischen dem von der Aderisolation befreiten Leiter und dem Schraubkontakt kommt.
Daneben kann der Anschluß der
einzelnen Adern auch mittels Schneid-Anschlußtechnik bzw. Schneid-Klemmverbindung
erfolgen, wobei dann als Schneidklemmen ausgebildete Kontaktelemente
die Aderisolation durchtrennen und den Leiter bzw. die Litzen klemmend
kontaktieren. Bei der Schneid-Anschlußtechnik ist somit eine vorherige
Abisolation der Enden der Adern nicht erforderlich. Dasselbe gilt auch
für sogenannte
Piercing-Verbindungen, bei denen als Dorne ausgebildete Kontaktelemente
die Isolierung der Adern durchdringen und die Litzen oder massiven
Leiter ebenfalls klemmend kontaktieren.
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Neben
den zuvor genannten Anschlußtechniken
kann die elektrische und mechanische Verbindung der einzelnen Adern
bzw. Leiter eines Kabels mit den einzelnen Kontaktelementen auch
durch eine Lötverbindung
oder durch eine Crimpverbindung erfolgen. Bei der Crimp-Anschlußtechnik
wird das abisolierte Ende einer Ader in eine entsprechende Anschlußhülse (Crimphülse) axial
eingeführt
und anschließend
durch mechanisches Zusammendrücken der
Crimphülse
elektrisch und mechanisch mit der Crimphülse verbunden. Durch das in
DIN EN 60352-2 genormte Crimpen erfolgt eine lötfreie elektrische Verbindung,
wobei die Crimpverbindung sowohl durch Handcrimpwerkzeuge als auch
mittels halb- oder vollautomatischer Crimpmaschinen hergestellt
werden kann. Das Abisolieren der Adern und das Crimpen der Kontaktelemente
läßt sich
maschinell in einem Arbeitsgang durchführen, so daß die Crimptechnik das Löten weitgehend
in den Hintergrund verdrängt
hat. Voraussetzung für
die Anwendung der bekannten Crimptechnik ist jedoch die axiale Ausrichtung
von Kontaktelement (Crimpkontakt) und anzuschließendem Leiterende. Hierdurch
verringern sich die Anwendungsmöglichkeiten
der Crimp-Anschlußtechnik,
so daß diese
trotz ihrer sonstigen Vorteile bisher bei abgewinkelten elektrischen
Steckverbindern nicht eingesetzt wird.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen eingangs
beschriebenen elektrischen Steckverbinder dahingehend weiterzuentwickeln,
daß das
Anschließen
der einzelnen Adern an die Kontaktelemente einfach und für verschiedene
Anwendungsfälle
möglich
ist.
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Diese
Aufgabe ist bei dem erfindungsgemäßen elektrischen Steckverbinder
zunächst
dadurch gelöst,
daß in
den Kontaktelementen je eine Querbohrung zur Aufnahme des abisolierten
Endes einer Ader ausgebildet ist, in die das Ende der Ader eingesteckt
und durch mechanisches Zusammendrücken (Crimpen) im Bereich der
Querbohrung mit dem Kontaktelement elektrisch und mechanisch fest
verbunden ist. Im Unterschied zu dem bisher ausschließlich realisierten "axialen Crimpen" erfolgt bei dem
erfindungsgemäß elektrischen
Steckverbinder die elektrische und mechanische Verbindung zwischen
den einzelnen Kontaktelementen und den einzelnen Adern bzw. Leitern
des Kabels durch "senkrechtes Crimpen". Das abisolierte
Ende der Ader wird somit nicht in eine in Längsrichtung des Kontaktelements, d.h.
der Crimphülse,
verlaufende Ausnehmung, sondern in die senkrecht zur Längsrichtung
des Kontaktelements in diesem ausgebildete Querbohrung eingesteckt.
Dadurch wird die Möglichkeit
eröffnet,
einen elektrischen Steckverbinder mit Crimp-Anschlußtechnik bei weiteren Anwendungsfällen einzusetzen.
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Obwohl
die erfindungsgemäße Ausgestaltung
der Kontaktelemente und die dadurch geschaffene Möglichkeit
des Anschließens
der abisolierten Enden der Adern senkrecht an die Kontaktelemente grundsätzlich unabhängig von
der geometrischen Form des elektrischen Steckverbinders ist, ist
der erfindungsgemäße elektrische
Steckverbinder bevorzugt so ausgebildet, daß der Griffkörper des
elektrischen Steckverbinders um 90° abgewinkelt ist, so daß zwischen
der Längsrichtung
des aufgenommenen Anschlußkabels
bzw. der aufgenommenen Adern und der Längsrichtung der Kontaktelemente ein
Winkel von 90° besteht.
Bei dem erfindungsgemäßen elektrischen
Steckverbinder handelt es sich somit vorzugsweise um einen um 90° abgewinkelten Steckverbinder.
Bei einem derartig ausgebildeten elektrischen Steckverbinder ermöglicht die
erfindungsgemäße Ausbildung
der Kontaktelemente und das dadurch mögliche senkrechte Anschließen der Adern
an die Kontaktelemente eine besonders kompakte Ausführung des
elektrischen Steckverbinders auch bei Realisierung der sich ansonsten
in der Praxis sehr bewährten
Crimp-Anschlußtechnik.
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Bei
dem erfindungsgemäßen elektrischen Steckverbinder
sind vorzugsweise mehrere Vertiefungen in unmittelbarer Nähe des Crimpbereichs, d.h.
in der Nähe
der Querbohrung, in den Kontaktelementen angeordnet. Vorzugsweise
sind dabei in Längsrichtung
L des Kontaktelements je zwei Vertiefungen ober- und unterhalb der
Querbohrung angeordnet, von denen jeweils zwei Vertiefungen um +90° und zwei
Vertiefungen um –90° gedreht
zur Längsrichtung
der Querbohrung angeordnet sind. Die Vertiefungen befinden sich
somit auf zwei gegenüberliegenden
Seiten des Kontaktelements, wobei die Querbohrung sowohl mittig
zwischen den sich gegenüberliegenden
Vertiefungen als auch mittig zwischen den übereinander angeordneten Vertiefungen verläuft.
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Durch
diese besonders bevorzugte, symmetrische Anordnung der Vertiefungen
wird in zuverlässiger
Weise ein Abknicken bzw. Verbiegen des Kontaktelements beim Zusammendrücken des
Kontaktbereichs verhindert. Die übereinander
angeordneten Vertiefungen sind dabei derart voneinander beabstandet,
daß die
beim mechanischen Zusammendrücken
des Kontaktelements entstehende Vertiefung, nachfolgend als Crimp-Vertiefung
bezeichnet, die beiden anderen Vertiefungen miteinander verbindet.
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Zur
Realisierung des elektrischen Kontaktes zwischen den Kontaktelementen
des elektrischen Steckverbinders und den entsprechenden Gegenkontaktelementen
des Gegensteckverbinders können
die Kontaktelemente an ihrem ersten Ende als Kontaktstifte ausgebildet
sein, die dann in entsprechende Kontaktbuchsen des Gegensteckverbinders einsteckbar
sind. Vorzugsweise sind die Kontaktelemente jedoch an ihrem ersten
Ende jeweils als Kontaktbuchsen ausgebildet, in die korrespondierende Stifte
des Gegensteckverbinders eingesteckt werden. Das als Kontaktbuchse
ausgebildete Ende der Kontaktelemente ist dabei hohl ausgebildet,
wobei die Kontaktbuchse aus zwei oder vier einander gegenüberliegenden
halb- oder viertelschalenförmigen Abschnitten
besteht, die zu ihren freien Enden hin geringfügig aufeinander zugebogen sind,
wodurch das Einstecken der korrespondierenden Stifte des Gegensteckverbinders
in die Kontaktbuchsen erleichtert wird.
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Gemäß einer
letzten vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen elektrischen
Steckverbinders, die hier noch kurz erläutert werden soll, sind die
Kontaktelemente an ihrem zweiten Ende stiftförmig ausgebildet, wobei die
stiftförmigen
Enden in entsprechenden Bohrungen in einer Leiterplatte eingesteckt
und dort vorzugsweise mit auf der Leiterplatte angeordneten elektrischen
Leiterbahnen verbunden sind. Auf einer derartigen, im elektrischen
Steckverbinder angeordneten Leiterplatte kann beispielsweise eine
LED angeordnet sein, die den ordnungsgemäßen Anschluß des elektrischen Steckverbinders signalisiert.
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Neben
einem eingangs beschriebenen elektrischen Steckverbinder betrifft
die vorliegende Erfindung auch ein Verfahren zum Anschließen der
Adern eines mehradrigen Anschlußkabels
an einen elektrischen Steckverbinder, wobei der elektrische Steckverbinder
einen Griffkörper
und einen eine Mehrzahl von Kontaktelementen haltenden Kontaktträger aufweist.
Bei dem Verfahren ist das Anschließen der einzelnen abisolierten
Adern durch folgende Schritte gekennzeichnet:
- – Einführen der
einzelnen abisolierten Enden der Adern in je eine in den einzelnen
Kontaktelementen ausgebildete Querbohrung,
- – Mechanisches
Zusammendrücken
(Crimpen) der einzelnen Kontaktelemente im Bereich der Querbohrung
und
- – Umspritzen
der mit den Kontaktelementen verbundenen Adern zur Herstellung des
Griffkörpers.
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Vorteilhafterweise
ist das erfindungsgemäße Verfahren
dadurch maschinell besonders einfach durchführbar, daß ein Kontaktelement mit in
der Querbohrung eingeführter
Ader in die Aufnahme einer entsprechenden Preßbacke eingelegt wird und anschließend durch
Niederdrücken
einer Gegenbacke das Kontaktelement im Bereich der Querbohrung zusammengedrückt wird,
wodurch das abisolierte Ende der Ader mit dem Kontaktelement elektrisch und
mechanisch fest verbunden wird.
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Im
einzelnen gibt es nun eine Vielzahl von Möglichkeiten, den erfindungsgemäßen elektrischen Steckverbinder
bzw. das erfindungsgemäße Verfahren
auszugestalten und weiterzubilden. Dazu wird verwiesen einerseits
auf die den Patentansprüchen
1 und 8 nachgeordneten Patentansprüche, andererseits auf die nachfolgende
Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels in Verbindung
mit der Zeichnung. In der Zeichnung zeigen
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1 einen
elektrischen Steckverbinder im fertig montierten Zustand,
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2 den
elektrischen Steckverbinder gemäß 1,
in Schnittdarstellung,
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3 ein
Kontaktelement eines erfindungsgemäßen elektrischen Steckverbinders,
ohne Ader,
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4 das
Kontaktelement gemäß 3 mit eingeführter, aber
noch nicht mechanisch fixierter Ader,
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5 das
Kontaktelement mit eingeführter und
elektrisch und mechanisch fest verbundener Ader, und
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6 ein
Kontaktelement mit eingeführter Ader
und Teilen eines Preßwerkzeugs.
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Die 1 und 2 zeigen
einen elektrischen Steckverbinder 1, der bereits mit einem
mehradrigen – im
vorliegenden Fall vieradrigen – Anschlußkabel verbunden
ist. Der elektrische Steckverbinder 1 weist einen das Anschlußkabel bzw.
die einzelnen Adern 2 des Anschlußkabels umschließenden Griffkörper 3 und
mehrere – im
vorliegenden Fall ebenfalls vier – Kontaktelemente 4 auf,
die in einem Kontaktträger 5 gehalten
sind.
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Die 3 bis 5 zeigen
jeweils ein Kontaktelement 4 des elektrischen Steckverbinders 1, wobei
die Kontaktelemente 4 jeweils eine Querbohrung 6 zur
Aufnahme des abisolierten Endes 7 einer Ader 2 aufweisen.
Wie aus den 4 und 5 ersichtlich
ist, bestehen die einzelnen Adern 2 jeweils aus einem Leiter 8 und
einer den Leiter 8 umgebenden Aderisolation 9.
Die einzelnen Adern 2 sind dann insgesamt noch von einer – hier nicht
dargestellten – Kabelisolation
umgeben. Zum elektrisch leitenden Anschließen der einzelnen Adern 2 bzw.
der einzelnen Leiter 8 eines Kabels ist es somit zunächst erforderlich,
daß am
Ende des Kabels die Kabelisolation entfernt wird, so daß die einzelnen
Adern 2 zugänglich
sind. Als nächstes
müssen
dann die Enden 7 der Adern 2 abisoliert werden,
damit – wie
dies in 4 dargestellt ist – der Leiter 8 einer
Ader 2 in die Querbohrung 6 des Kontaktelements 4 eingesteckt
werden kann. Wie den 3 bis 5 unmittelbar
entnommen werden kann, verläuft
die Querbohrung 6 senkrecht zur Längsrichtung L des Kontaktelements 4.
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Zur
Realisierung der festen und dauerhaften elektrischen und mechanischen
Verbindung zwischen dem Leiter 8 und dem Kontaktelement 4 wird anschlie ßend das
Kontaktelement 4 im Bereich der Querbohrung 6,
d.h. im sogenannten Crimpbereich, mechanisch zusammengedrückt, wodurch
Idealerweise eine dauerhafte, gasdichte und damit korrosionsfeste
Verbindung zwischen dem Leiter 8 und dem Kontaktelement 4 realisiert
wird.
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Aus
den 3 und 4 ist ersichtlich, daß in dem
Kontaktelement 4 insgesamt vier Vertiefungen 10 ausgebildet
sind, von denen jeweils zwei oberhalb und zwei unterhalb der Querbohrung 6 angeordnet
sind. Außerdem
sind – in
Längsrichtung
L des Kontaktelements 4 gesehen – jeweils zwei Vertiefungen 10 um
+90° und
zwei Vertiefungen 10 um –90° gedreht zur Längsrichtung
der Querbohrung 6 angeordnet. Diese gleichmäßige Verteilung
der insgesamt vier Vertiefungen 10 sorgt nun dafür, daß sich das
Kontaktelement 4 beim mechanischen Zusammendrücken im
Bereich der Querbohrung 6 nicht verbiegt; die Längsrichtung
L des Kontaktelements 4 somit unverändert bleibt. Durch das Zusammendrücken des
Kontaktelements 4 entstehen dabei zwei auf gegenüberliegenden
Seiten des Kontaktelements 4 ausgebildete Vertiefungen 11 (Crimp-Vertiefungen), die
jeweils in die auf derselben Seite oberhalb und unterhalb angeordneten
Vertiefungen 10 hineinragen.
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Bei
dem dargestellten Ausführungsbeispiel des
elektrischen Steckverbinders 1 ist das erste Ende der Kontaktelemente 4 jeweils
als Kontaktbuchse 12 ausgebildet, in die korrespondierende Kontaktstifte
des Gegensteckverbinders einsteckbar sind. Das andere, zweite Ende 13 der
einzelnen Kontaktelemente 4 ist jeweils als massiver Stift
ausgebildet, wobei die stiftförmigen
Enden 13 gemäß 2 in einer
Leiterplatte 14 eingesteckt sind. Die Leiterplatte 14 kann
dabei lediglich zur mechanischen Fixierung der einzelnen Kontaktelemente 4 dienen.
Vorzugsweise sind auf der Leiterplatte 14 jedoch – hier nicht dargestellt – elektronische
Bauelemente, beispielsweise eine LED, angeordnet, welche dann den
ordnungsgemäßen Anschluß des elektrischen
Steckverbinders 1 anzeigen kann. In diesem Fall sind die
stiftförmigen
Enden 13 der Kontaktelemente 4 dann elektrisch
leitend mit auf der Leiterplatte aufgebrachten Leiterbahnen verbunden.
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Bei
dem in den 1 und 2 dargestellten
bevorzugten Ausführungsbeispiel
des elektrischen Steckverbinders 1 ist der Griffkörper 3 um
90° abgewinkelt,
so daß zwischen
der Längsrichtung
des aufgenommenen Anschlußkabels
bzw. der aufgenommenen Adern 2 und der Längsrichtung
L der Kontaktelemente 4 ein Winkel von 90° besteht.
Bei einer derartigen abgewinkelten Ausführung des elektrischen Steckverbinders 1 ist
durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung
der Kontaktelemente 4 der Anschluß der einzelnen Leiter 8 an
die Kontaktelemente 4 besonders einfach und platzsparend
möglich.
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Zum
sicheren mechanischen Verbinden des elektrischen Steckverbinders 1 mit
einem korrespondierenden Gegensteckverbinder weist der elektrische
Steckverbinder 1 eine drehbar sowie begrenzt axial verschiebbar
auf dem Kontaktträger 5 angeordnete Überwurfmutter 15 auf,
welche neben einem Innengewinde noch eine Rändelung 16 aufweist,
so daß die Überwurfmutter 15 einfach
und schnell auf eine ein korrespondierendes Außengewinde aufweisende Hülse des
Gegensteckverbinders aufschraubbar ist. Anstelle der hier dargestellten Überwurfmutter 15 kann
der elektrische Steckverbinder auch mit einer Überwurfschraube versehen sein,
welche dann ein Außengewinde
aufweist und in eine, ein entsprechendes Innengewinde aufweisende
Hülse des
Gegensteckverbinders eingeschraubt werden kann.
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Anhand
der Darstellung in 6 soll nachfolgend noch kurz
das erfindungsgemäße Verfahren zum
Anschließen
der Adern 2 bzw. der Leiter 8 eines mehradrigen
Anschlußkabels
an einen elektrischen Steckverbinder 1 erläutert werden.
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Hierzu
wird zunächst
das abisolierte Ende 7 einer Ader 2 in die Querbohrung 8 eines
Kontaktelements 4 eingeführt. Anschließend werden
die so verbundene Ader 2 und das Kontaktelement 4 in
die entsprechend ausgebildete Aufnahme 17 einer Preßbacke 18 eingelegt
bevor durch Niederdrücken
der Gegenbacke 19 das Kontaktelement 4 im Bereich
der Querbohrung 6 zusammengedrückt bzw. zusammengepreßt wird.
Hierzu ist sowohl an der Preßbakke 18, innerhalb
der Aufnahme 17, als auch an der Gegenbacke 19 eine
entsprechende Erhebung 20 ausgebildet, die die in 5 dargestellte
Vertiefung 11 in dem Kontaktelement 4 erzeugt.
Danach wird die nunmehr elektrisch und mechanisch fest miteinander
verbundene Einheit aus Ader 2 und Kontaktelement 4 in
den Kontaktträger 5 eingesetzt,
wobei ggf. vorher die stiftförmigen
Enden 13 der Kontaktelemente 4 in entsprechende
Bohrungen in einer Leiterplatte 14 eingesteckt werden.
Als letztes werden dann die mit den Adern 2 verbundenen
Kontaktelemente 4 zur Herstellung des Griffkörpers 3 umspritzt.
Dabei kann die Herstellung des Kontaktträgers 5 ebenfalls durch Umspritzen
der Kontaktelemente 4 erfolgen, so daß die zuvor beschriebenen zwei
Verfahrensschritte auch in einem einzigen Verfahrensschritt durchgeführt werden
können.