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Die
Erfindung betrifft ein Befestigungselement zur Befestigung eines
Bauteils an einer Leiterplatte. Die Erfindung betrifft ebenfalls
ein Verfahren zum Befestigen eines Bauteils an einer Leiterplatte.
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Ein
derartiges Befestigungselement ist beispielsweise aus der
DE 298 18 135 U1 bekannt.
Dort ist die Außenfläche einer
Einpresszone eines Kontaktelements mit einer Verrippung versehen.
Innen weist das Kontaktelement eine Buchse auf, in die ein Klemmelement
eingesteckt ist. Das Kontaktelement wird dann in eine durchkontaktierte
Bohrung einer Leiterplatte eingepresst. Dadurch entsteht ein feste mechanische
Verbindung sowie eine elektrische Verbindung zwischen dem Kontaktelement
und der Leiterplatte. Danach kann ein Stecker in die Buchse eingesteckt
werden. Der eingesteckte Stecker wird von dem Klemmelement mechanisch
gehalten und elektrisch mit dem Kontaktelement verbunden.
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Der
Nachteil des bekannten Befestigungselements besteht darin, dass
das Kontaktelement in die Leiterplatte eingepresst werden muss.
Dies ist mit einer üblichen
Bestückungsvorrichtung
für SMD-Bauteile
(SMD = surface mounted device) nicht möglich. Statt dessen muss dies
entweder manuell durchgeführt
werden oder es sind hierzu zusätzliche aufwendige
Pressvorrichtungen erforderlich.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, ein Befestigungselement zu schaffen, das in
einfacher Weise auf einer Leiterplatte aufgebracht werden kann,
und das trotzdem eine feste mechanische Verbindung zwischen dem
Befestigungselement und der Leiterplatte ermöglicht.
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Die
Erfindung löst
diese Aufgabe durch ein Befestigungselement nach dem Anspruch 1
sowie durch ein Verfahren nach dem Anspruch 9.
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Das
erfindungsgemäße Befestigungselement
weist eine Zylinderwand auf, deren Außenfläche mit einer Rändelung
versehen ist. Weiterhin ist die Zylinderwand mit einem Innengewinde
versehen und weist mindestens einen Schlitz auf, der die Zylinderwand
durchbricht. Die Wandstärke
der Zylinderwand verändert
sich in Richtung der Achse des Innengewindes derart, dass beim Einschrauben
einer Schraube in das Innengewinde sich die Zylinderwand aufweitet.
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Dieses
erfindungsgemäße Befestigungselement
kann in eine entsprechende Bohrung einer Leiterplatte ohne größeren Kraftaufwand
eingesteckt werden. Ein Einpressen des Befestigungselements ist
nicht erforderlich. Danach kann eine Schraube in das Innengewinde
des erfindungsgemäßen Befestigungselements
eingeschraubt werden. Dies hat zur Folge, dass sich die Zylinderwand
des Befestigungselements aufgrund der sich verändernden Wandstärke aufweitet.
Die Zylinderwand wird damit nach außen gespreizt, so dass sich
die an der Außenfläche befindliche
Rändelung
in die Bohrung der Leiterplatte eindrückt. Es entsteht somit durch
das Einschrauben der Schraube eine feste mechanische Verbindung zwischen
dem Befestigungselement und der Leiterplatte.
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Das
erfindungsgemäße Befestigungselement
bringt den Vorteil mit sich, dass es nicht in die Leiterplatte eingepresst
werden muss. Statt dessen kann es mit Hilfe einer üblichen
Bestückungsvorrichtung
für SMD-Bauteile
(SMD = surface mounted device) im Rahmen der Bestückung der
Leiterplatte auf derselben aufgebracht werden. Besondere Pressvorrichtungen
oder ein manuelles Einpressen des Befestigungselements sind nicht
erforderlich.
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Weiterhin
hat das erfindungsgemäße Befestigungselement
den Vorteil, dass es im montierten Zustand, also nachdem die Schraube
in das Innengewinde des Befestigungselements eingeschraubt worden
ist, eine feste mechanische Verbindung mit der Leiterplatte bildet.
Dies wird dadurch erreicht, dass sich die Rändelung des Befestigungselements
aufgrund der sich aufweitenden Zylinderwand in die Bohrung der Leiterplatte
eindrückt
und dort verankert. Die beim Einschrauben der Schraube aufgebrachte
Kraft wird letztlich für
die Verankerung des Befestigungselements ausgenutzt. Gleichzeitig bringt
diese Verankerung den Vorteil mit sich, dass sich die Schraube nicht
von alleine wieder aus dem Innengewinde des Befestigungselements
herausdrehen kann.
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Über die
erläuterte
mechanische Verbindung kann eine hohe Kraft von dem Befestigungselement auf
die Leiterplatte übertragen
werden. Dies kann dazu genutzt werden, dass beliebige Bauteile mit
Hilfe des Befestigungselements an der Leiterplatte befestigt werden.
Dies kann eine rein mechanische Befestigung sein, ohne jegliche
elektrische Verbindung.
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Besonders
zweckmäßig ist
es, wenn zwei Rändelungen
vorgesehen sind, zwischen denen eine rändelfreie Zone vorhanden ist.
Damit entsteht ein Einstich in Umfangsrichtung, in den sich die
Leiterplatte eindrückt.
Damit wird ein Herausziehen des Befestigungselements aus der Bohrung
der Leiterplatte sicher vermieden.
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Weiterhin
ist es zweckmäßig, wenn
die Rändelung
eine Mehrzahl von Vorsprüngen
aufweist, die in Richtung der Achse des Innengewindes ausgerichtet
sind. Auf diese Weise wird eine Drehung des Befestigungselements
in der Bohrung der Leiterplatte sicher verhindert.
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Bei
einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die Bohrung
mit einer Durchkontaktierung versehen, und mit der Schraube ist
ein elektrisches Kabel an dem Befestigungselement befestigbar. Mit dem
Eindrücken
der Rändelung
des Befestigungselements in die Bohrung und damit auch in die Durchkontaktierung
der Bohrung entsteht eine elektrische Verbindung zwischen der Durchkontaktierung
der Leiterplatte und dem Befestigungselement. Damit kann das Befestigungselement
als Stromzuführungselement
eingesetzt werden, mit dem ein elektrisches Kabel an eine Leiterplatte
angeschlossen wird.
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Bei
einer vorteilhaften Ausgestaltung des Befestigungselements gehört die Zylinderwand
zu einem Pressbereich des Befestigungselements, der einen kleineren
Außendurchmesser
aufweist als ein Befestigungsbereich des Befestigungselements, so dass
eine Schulter entsteht, die etwa quer zur Achse ausgerichtet ist.
Mit dieser Schulter kann das Befestigungselement auf der Leiterplatte
aufgesetzt werden. Dies erleichtert das Bestücken der Leiterplatte mit dem
Befestigungselement.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Verfahren
zum Befestigen eines Bauteils an einer Leiterplatte wird ein Befestigungselement
in eine Bohrung der Leiterplatte eingesetzt. Das Befestigungselement
weist eine Zylinderwand auf, deren Außenfläche mit einer Rändelung
versehen ist, die weiterhin mit einem Innengewinde versehen ist,
und die mindestens einen Schlitz aufweist, der die Zylinderwand
durchbricht. Die Wandstärke
der Zylinderwand verändert
sich in Richtung der Achse des Innengewindes derart, dass beim Einschrauben
einer Schraube in das Innengewinde sich die Zylinderwand aufweitet.
Dann wird eine Schraube in das Innengewinde eingeschraubt, so dass
sich die Rändelung
in die Bohrung der Leiterplatte eindrückt.
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Dieses
Verfahren bringt den Vorteil mit sich, dass das Einsetzen des Befestigungselements
in die Bohrung der Leiterplatte keinen wesentlichen Kraftaufwand
erfordert. Die feste mechanische Verbindung zwischen dem Befestigungselement
und der Leiterplatte wird erst durch das Einschrauben der Schraube
und das damit verbundene Aufweiten der Zylinderwand erreicht. Die
Kraft des Schraubvorgangs wird letztlich für die mechanische Verankerung des
Befestigungselements in der Leiterplatte ausgenutzt.
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Besonders
zweckmäßig ist
es, wenn das Einsetzen des Befestigungselements in die Bohrung der
Leiterplatte mit Hilfe einer üblichen
Bestückungsvorrichtung
für SMD-Bauteile
(SMD = surface mounted device) durchgeführt wird. Das Befestigungselement
kann damit im Rahmen der allgemeinen Bestückung der Leiterplatte auf
derselben aufgebracht werden.
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Als
weitere vorteilhafte Ausgestaltung kann das Befestigungselement
vor dem Einschrauben der Schraube an der Leiterplatte fixiert werden.
Damit wird verhindert, dass das Befestigungselement wieder aus der
Bohrung der Leiterplatte herausfällt.
Ein weiterer Vorteil dieser Fixierung besteht darin, dass sich das
Befestigungselement beim Einschrauben der Schraube nicht mitdrehen
kann.
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Weitere
Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten
und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung
von Ausführungsbeispielen
der Erfindung, die in den Figuren der Zeichnung dargestellt sind.
Dabei bilden alle beschriebenen oder dargestellten Merkmale für sich oder
in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von
ihrer Zusammenfassung in den Patentansprüchen oder deren Rückbeziehung
sowie unabhängig
von ihrer Formulierung bzw. Darstellung in der Beschreibung bzw.
in der Zeichnung.
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1 zeigt
ein schematisches Schnittbild eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Befestigungselements
zur Befestigung eines Bauteils an einer Leiterplatte, 2 zeigt
eine Ansicht aus der Richtung II der 1 auf das
Befestigungselement der 1, und 3 zeigt
eine Draufsicht aus der Richtung III der 1 auf das
Befestigungselement der 1.
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In
den 1 bis 3 ist ein Befestigungselement 10 dargestellt,
das im wesentlichen als ein zu einer Achse 11 symmetrischer
Hohlzylinder ausgebildet ist. Das Befestigungselement 10 weist
einen Befestigungsbereich 13 für ein zu befestigendes Bauteil
sowie einen Pressbereich 14 zur Befestigung in einer Leiterplatte 15 auf.
Das Befestigungselement 10 ist vorzugsweise einstückig ausgebildet
und besteht aus einem elektrisch leitfähigen Material, vorzugsweise
aus Kupfer oder Messing.
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Der
Befestigungsbereich 13 besitzt einen größeren Außendurchmesser als der Pressbereich 14.
Auf diese Weise wird eine etwa lotrecht zur Achse 11 verlaufende
Schulter 17 gebildet, mit der der Befestigungsbereich 13 auf
der Leiterplatte 15 aufsitzt. Etwa koaxial zur Achse 11 ist
der Befestigungsbereich 13 mit einem Innengewinde 19 versehen,
in das eine mit einem Außengewinde 20 versehene
Schraube 21 eingeschraubt werden kann.
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Der
Pressbereich 14 besitzt außen eine Umfangsfläche 23,
die in dem in der 1 gezeigten Zustand des Befestigungselements 10 etwa
koaxial zur Achse 11 ausgerichtet ist. In Umfangsrichtung
ist diese Außenfläche 23 mit
zwei Rändelungen 24, 25 versehen
(siehe insbesondere 2), die jeweils eine Mehrzahl
von Vorsprüngen 26 aufweisen
(siehe insbesondere 3). Die einzelnen Vorsprünge 26 sind im
wesentlichen länglich
ausgebildet und etwa in Richtung der Achse 11 ausgerichtet.
Zwischen den beiden Rändelungen 24, 25 ist
eine sich in Umfangsrichtung erstreckende, rändelfreie Zone 27 vorhanden.
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Die
Leiterplatte 15 weist eine Bohrung 29 auf, die
mit einer Durchkontaktierung 30 aus einem elektrisch leitfähigen Material
versehen ist. An einer oder an beiden Oberflächen der Leiterplatte 15 ist
um die Bohrung 29 herum eine vorgebbare Kontaktfläche 31 vorhanden,
die ebenfalls aus dem elektrisch leitfähigen Material besteht. Die
Durchkontaktierung 30 und die Kontaktfläche 31 gehen ineinander über. Bei
dem elektrisch leitfähigen
Material handelt es sich vorzugsweise um Kupfer.
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Der
Innendurchmesser der Bohrung 29 bzw. der Durchkontaktierung 30 ist
geringfügig
größer als der
Außendurchmesser
des Pressbereichs 14 bzw. der Vorsprünge 26, und zwar derart,
dass das Befestigungselement 10 mit seinem Pressbereich 14 bei nicht-eingeschraubter
Schraube 21 im wesentlichen ohne einen Kraftaufwand in
die Bohrung 29 der Leiterplatte 15 eingeführt werden
kann. In der 1 ist dieser eingeführte Zustand
dargestellt. In diesem Zustand sitzt das Befestigungselement 10 im
wesentlichen lose in der Bohrung 29 der Leiterplatte 15 und kann
nahezu keine Kraft aufnehmen. In diesem Zustand besteht auch keine
sichere elektrische Verbindung zwischen dem Befestigungselement 10 einerseits
und der Durchkontaktierung 29 oder der Kontaktfläche 30 der
Leiterplatte 15 andererseits.
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Damit
das Befestigungselement 10 in dem vorstehend beschriebenen
und in der 1 gezeigten Zustand nicht ohne
weiteres wieder aus der Bohrung 29 herausfällt, kann
eine Fixierung vorgesehen sein. Hierzu kann das Befestigungselement 10 im Bereich
der Schulter 17 mit der Kontaktfläche 30 und damit mit
der Leiterplatte 15 verklebt oder verlötet sein. Dies ist in der 1 durch
einen Kleb- oder Löttropfen 33 angedeutet.
Es versteht sich, dass auch mehrere Kleb- oder Löttropfen 33 vorhanden sein
können.
Diese Fixierung ändert
jedoch im wesentlichen nichts daran, dass das Befestigungselement 10 in
dem in der 1 gezeigten Zustand nahezu keine
Kraft aufnehmen kann, und dass auch keine sichere elektrische Verbindung
zu der Leiterplatte 15 vorhanden ist.
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Der
Pressbereich 14 ist mit einem Innengewinde 35 versehen,
das im wesentlichen koaxial zur Achse 11 ausgerichtet ist.
Das Innengewinde 35 erstreckt sich in einer den Pressbereich 14 bildenden Zylinderwand 36,
und zwar von der dem Befestigungsbereich 13 zugewandten
Stirnseite des Pressbereichs 14 bis zu der dazu abgewandten
Stirnseite. Diese Richtung stellt die Einschraubrichtung 37 für die Schraube 21 dar
und ist in der 1 mit einem Pfeil gekennzeichnet.
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An
seiner dem Befestigungsbereich 13 zugewandten Stirnseite
besitzt das Innengewinde 35 des Pressbereichs 14 denselben
Durchmesser wie das Innengewinde 19 des Befestigungsbereichs 13.
An dieser Stirnseite gehen die beiden Innengewinde 35, 19 ineinander über. An
seiner dem Befestigungsbereich 13 abgewandten Stirnseite
weist das Innengewinde 35 des Pressbereichs 14 jedoch
einen kleineren Durchmesser auf.
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Der
Durchmesser des Innengewindes 35 des Pressbereichs 14 vermindert
sich also in Richtung der Achse 11 von der dem Befestigungsbereich 13 zugewandten
Stirnseite zu der dem Befestigungsbereich 13 abgewandten
Stirnseite. Dies ist gleichbedeutend damit dass sich die Wandstärke der
den Pressbereich 14 bildenden Zylinderwand 36 in
der angegebenen Richtung vergrößert.
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Es
wird darauf hingewiesen, dass die vorstehend genannte Verminderung
des Durchmessers des Innengewindes 35 bzw. Vergrößerung der
Wandstärke
der Zylinderwand 36 in der 1 nicht
maßstabsgerecht
dargestellt ist, sondern zum Zwecke einer besseren Veranschaulichung
etwas überzeichnet ist.
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Der
Pressbereich 14 ist mit mindestens einem, vorzugsweise
mit vier Schlitzen 38 versehen (siehe insbesondere 3).
Jeder der Schlitze 38 ist in Richtung der Achse 11 ausgerichtet
und durchbricht die Zylinderwand 36 quer zur Achse 11.
Der Pressbereich 14 gliedert sich damit in vier etwa gleich große Teile 39 auf,
die jeweils einen Winkelbereich des Innengewindes 35 und
eine Anzahl der Vorsprünge 26 tragen.
Aufgrund der Schlitze 38 ist es möglich, dass jedes der vier
Teile 39 des Pressbereichs 14 sich zumindest geringfügig in einer
Richtung etwa quer zur Achse 11 biegen lässt. Die
vier Teile 39 des Pressbereichs 14 können damit
nach außen
aufgeweitet werden, so dass sich der Durchmesser des Innengewindes 35 an
der dem Befestigungsbereich 13 abgewandten Stirnseite des
Pressbereichs 14 vergrößert.
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Es
wird nunmehr davon ausgegangen, dass sich das Befestigungselement 10 in
dem in der 1 gezeigten Zustand befindet.
Das Befestigungselement 10 ist damit in die Bohrung 29 der
Leiterplatte 15 eingesteckt und gegebenenfalls fixiert.
Die Schraube 21 ist nicht eingeschraubt.
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Es
wird nunmehr die Schraube 21 in das Innengewinde 19 des
Befestigungselements 10 eingeschraubt. Durch die Fixierung
kann dabei vermieden werden, dass sich das Befestigungselement 10 mit der
Schraube 21 mitdreht. Sobald die Schraube 21 den
Pressbereich 14 erreicht, so hat das Einschrauben zur Folge,
dass die vier Teile 39 des Pressteils 14 während des
Einschraubens bzw. durch das Einschrauben von der Schraube 21 aufgeweitet
bzw. gespreizt werden. Dies wiederum hat zur Folge, dass die Vorsprünge 26 des
Pressteils 14 sich in die Durchkontaktierung 30 der
Leiterplatte 15 eindrücken.
Im ersten Moment führt
dies zu einer weiteren Fixierung des Befestigungselements 10 innerhalb der
Bohrung 29 der Leiterplatte.
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Je
weiter die Schraube 21 eingeschraubt wird, desto stärker werden
die Vorsprünge 26 des Pressteils 14 in
die Durchkontaktierung 30 eingedrückt und damit in der Leiterplatte 15 verankert.
Dies führt
zu einer kraftschlüssigen
Verbindung zwischen dem Befestigungselement 10 und der
Leiterplatte 15. Gleichzeitig entsteht eine sichere elektrische
Verbindung zwischen dem Pressteil 14 des Befestigungselements 10 und
der Durchkontaktierung 30 bzw. der Kontaktfläche 31 der
Leiterplatte 15.
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Ist
die Schraube 21 vollständig
in das Befestigungselement 10 eingeschraubt, so besteht
eine Verbindung zwischen dem Pressteil 14 des Befestigungselements 10 einerseits
und der Bohrung 29 der Leiterplatte 15 andererseits,
die eine größere Kraft aufnehmen
kann. Aufgrund der axialen Ausrichtung der Vorsprünge 26 ist
es dabei nicht möglich,
dass sich das Befestigungselement 10 in der Bohrung 29 der
Leiterplatte 15 um die Achse 11 dreht. Aufgrund der
in Umfangrichtung ausgerichteten rändelfreien Zone 27 ist
es weiterhin nicht möglich,
dass das Befestigungselement 10 in Richtung der Achse 11 aus der
Bohrung 29 der Leiterplatte 15 wieder herausgezogen
werden kann.
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Das
Befestigungselement 10 kann als sogenanntes SMD-Bauteil
(SMD = surface mounted device) auf der Leiterplatte 15 aufgebracht
werden. Insoweit kann das Befestigungselement 10 im Rahmen einer üblichen
Bestückung
der Leiterplatte 15 in die Bohrung 29 eingesetzt
werden. Hierzu ist eine übliche
Bestückungsvorrichtung
für SMD-Bauteile
ausreichend. Ein besonderer Kraftaufwand ist für diese Bestückung nicht
erforderlich. Eine gesonderte Pressvorrichtung oder sonstige kraftaufwendigen Maßnahmen
zum Befestigen des Befestigungselements 10 sind somit nicht
erforderlich.
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Mit
Hilfe der Schraube 21 kann das zu befestigende Bauteil
an dem Befestigungselement 10 befestigt werden. Dabei kann
es sich grundsätzlich
um jede Art einer rein mechanischen Befestigung eines beliebigen
Bauteils handelt. An das Befestigungselement 10 können also
jegliche anderen Bauteile an der Leiterplatte 15 angebracht
werden oder es kann mit Hilfe des Befestigungselements 10 auch
die Leiterplatte 15 an einem beliebigen anderen Bauteil
gehalten werden.
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Vorzugsweise
handelt es sich bei dem zu befestigenden Bauteil um ein elektrisches
Kabel, mit dem die Leiterplatte 15 mit Strom bzw. Spannung versorgt
wird. Dieses elektrische Kabel weist an seinem Ende vorzugsweise
einen Kabelschuh mit einer Öse
auf, durch die die Schraube 21 hindurch gesteckt wird.
Die Schraube 21 wird dann mit dem aufgesteckten Kabelschuh
in das Befestigungselement 10 eingeschraubt. Über das
Befestigungselement 10 entsteht auf diese Weise eine feste
mechanische Verbindung sowie eine leitfähige Verbindung zwischen dem
elektrischen Kabel und der Leiterplatte 15.