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Die vorliegende Erfindung betrifft elektrische Steckvorrichtungen insbesondere Rundsteckvorrichtungen, vorzugsweise solche Steckvorrichtungen die den Normanforderungen der IEC 60309-1/DIN EN 60309-1 und IEC60309-2/DIN EN 60309-2 genügen und beschreibt eine Weiterführung solcher elektrischer Steckvorrichtungen, wie sie in den oben aufgeführten Normanforderungen beschrieben sind.
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Diese Art der Steckvorrichtungen bestehen im Allgemeinen aus dem Stecker und den komplementären Kupplungen oder Steckdosen, wobei die Steckdosen als Anbau- oder Aufbausteckdosen ausgebildet sein können und sind aus folgenden Patentschriften bekannt:
DE 201 05 135 U1 , Anbaudose mit integriertem Schalter, der
PCT/EP99/02481 (
WO 99/535 72 A1 ) eine Kupplung dieser Bauart mit spezieller Leitungsklemmung sowie der
DE 196 45 852 C1 mehrpoliger Stecker als Phasenwender.
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Die Hauptanforderung einer solchen gattungsgemäßen Steckvorrichtung ist es eine einfache wiederlösbare Leitungsverbindung zu schaffen die einerseits einen an ein elektrisches angeschlossenen Verbraucher sicher mit Strom versorgt, andererseits durch einfaches Ziehen des Steckers aus der Kupplung oder Steckdose den Verbraucher vom Versorgungsnetz trennt.
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Eine weitere Anforderung an solche gattungsgemäße Steckvorrichtungen ist, eine einfache lösbare Leitungsverbindung aufzubauen, um mobile Verbraucher auch über weitere Strecken wie zum Beispiel im Außenbereich, mittels Leitungsverlängerungen ans Versorgungsnetz anzuschließen.
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Diese lösbare Verbindung wird über Steckkontakte erreicht, in dem die Steckerkontakte des Steckers in die Buchsenkontakt der Kupplung oder Steckdose eingesteckt wird. Um eine sichere Stromübertragung zu gewährleisten muß ein dauerhafter Kontaktdruck zwischen Steckerkontakt und Buchsenkontakt erzeugt werden. Der Buchsenkontakt besteht in der Regel aus einem gedrehten Messingprofil der im vorderen Bereich als Kontaktzone ausgebildet ist und im hinteren Bereich die Anschlußelemente für die anzuschließende Leitung aufnimmt. Der Kontaktbereich ist in der Regel segmentiert und weist einzelne Kontaktarme auf die einseitig an den Grundkörper des Buchsenkontaktes angeformt sind. Diese Kontaktarme besitzen nur eine geringe Federeigenschaft und können ohne zusätzliche Mittel den notwendigen Kontaktdruck nicht aufbauen. Der Aufbau des Kontaktdruckes geschieht in den meisten Fällen durch eine zusätzliche Feder die üblicher Weise im Bereich der Kontaktzone auf den Buchsenkontakt aufgezogen wird und über den Umfang des Buchsenkontaktes die segmentierten Kontaktarme des Buchsenkontaktes zusammendrückt. Dadurch entsteht ein geringerer Innendurchmesser des Buchsenkontaktes gegenüber dem Außendurchmesser des Steckerkontaktsiftes. Beim Einstecken des Steckerkontaktstiftes in den Buchsenkontakt muß der Steckerstift den geringeren Buchsenkontaktdurchmesser gegen die Schließkraft der zusätzlichen Feder aufweiten um in den Buchsenkontakt eingesteckt werden zu können. Die dabei aufzuwendende Kraft wird im allgemeinen als Steckkraft bezeichnet. Nach erfolgtem Stecken des Steckerkontaktstiftes in den Buchsenkontakt bildet nun die zusätzliche Feder mittels ihrer Federkraft den erforderlichen dauerhaften Kontaktdruck. Während der Kontaktierung entsteht ein Setzverhalten der Kontaktpaarung durch den dauerhaften Kontaktdruck.
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Beim Trennen der Steckvorrichtung wird nun der Stecker aus der Kupplung bzw. aus der Steckdose gezogen, wobei einerseits die durch das Setzverhalten aufzubringende Loslösekraft und andererseits der durch die zusätzliche Feder erzeugte Kontaktdruck, der über die Steckerstiftlänge als Reibkraft wirkt, überwunden werden muß.
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Beide Kräfte, Loslösekraft und Reibkraft ergeben den Hauptanteil der Ausziehkraft des Steckers. Diese Ausziehkraft wird um so höher je mehr Pole die Steckvorrichtung aufweist. Durch die Lösekraft erfolgt das Ausziehen des Steckers aus der Kupplung bzw. aus der Steckdose mit hohem Kraftaufwand sehr ruckartig und unkontrolliert.
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Nachteile einer solchen Steckvorrichtung wie sie oben aufgeführt beschrieben wurde und die zum größten Teil zur Zeit so zur Anwendung gelangen, sind ein unsicheres und erschwertes Händling und bei ungünstigen Umgebungsbedingungen, wie zum Beispiel beengten Platzverhältnissen um die Steckdose herum, besteht ein erhöhtes Verletzungsrisiko für den Anwender.
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Auch entsteht bei häufigem Stecken und Ziehen durch die Reibkraft ein großer Abrieb in der Kontaktzone des Buchsenkontaktes, mit der Folge, dass der Innendurchmesser des Buchsenkontaktes sich durch den Verschleiß abnutzt und vergrößert, der Kontaktdruck nachläßt die Übergangswiderstände im Kontaktbereich ansteigen und somit die Steckvorrichtung unzulässig hoch erwärmt wird.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Kupplung bzw. Steckdose, insbesondere eine Anbau- oder Aufbausteckdose als Rundsteckvorrichtung so weiterzuentwickeln, dass ein kraftloses Stecken und Ziehen ermöglicht wird unter Beibehaltung der erforderlichen Kontaktdrücke für die in der Anwendung befindlichen Steckvorrichtung.
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Erfindungsgemäß werden diese Ziele durch eine Steckvorrichtung mit den kennzeichnenden Merkmale des Anspruch 1 erreicht.
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Eine gattungsgemäße Steckvorrichtung umfasst eine als Aufbausteckdose oder als Kupplung ausgeführte Steckdose und einen in eine Steckeraufnahme der Steckdose einführbaren Stecker, dessen Steckerstifte in komplementären Buchsenkontakten der Steckdose aufnehmbar sind, wobei die Steckdose die Buchsenkontakte aufnimmt, die jeweils mit einer Kontaktzusatzfeder für den Kontaktdruck versehen sind. Erfindungsgemäß sind die Kontaktzusatzfedern für den Kontaktdruck an ihren Enden mit abgewinkelten Schenkeln versehen, die einerseits in einem axial zur Steckvorrichtung gelagertem Druckkörper enden, welcher sich in der Mitte der Buchsenkontaktanordnung befindet und durch ein Betätigungselement das sich im äußeren Bereich der Steckvorrichtung befindet, und das bei Betätigung mittels eines Verbindungselementes, welches in das Innere der Steckvorrichtung hineinragt, den Druckkörper bewegt und somit eine Kraft auf die Kontaktzusatzfedern ausübt, die der Schließkraft der Kontaktzusatzfedern entgegen wirkt und die Kontaktkraft aufhebt und somit ein kraftloses Stecken und Ziehen des Steckers ermöglicht.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsvariante der Erfindung besteht die Steckdose aus einem Kontaktträger der die Buchsenkontakte aufnimmt, den eigentlichen Buchsenkontakte mit Kontaktzusatzfeder und Anschlußelementen, einem Umgehäuse welches den Kontaktträger aufnimmt, einem Klappdeckel als Spritzwasserschutz für die Steckdose und bei Kupplungen ein Anschlußgehäuse zur Einführung der Anschlußleitung in der fallweise die Zugentlastung für die Anschlußleitung integriert ist. Diese Zugentlastung kann aber auch am Kontaktträger befestigt sein und in das Anschlußgehäuse hineinragen. Einem erfindungsgemäßem Druckelement, dass beweglich in der axialen Mitte der Steckdose angebracht ist und einem Betätigunselement das von Außen bedienbar ist und in das Innere der Steckdose hineinragt und mit dessen Hilfe das Druckelement von Außen bewegt werden kann.
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Das Druckelement weist eine rotationssymmetrische Grundform auf an deren einem Ende am Umfang befindliche Ausnehmungen ausgeformt sind.
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Der Kontaktträger weist Ausnehmungen auf deren Anordnung sich kreisförmig um das Zentrum der Steckdose befinden und die zur Aufnahme der Buchsenkontakte dienen. Zusätzlich weist der Kontaktträger Wände und Verrippungen auf die den aufgenommenen Buchsenkontakt teilweise oder ganz umhüllen und den Buchsenkontakt führen und positionieren. In diesen Wänden befinden sich Freiformungen die zur Aufnahme der abgewinkelten Kontaktfederschenkel dienen. Diese Ausformungen sind ebenso wie die Ausformungen für die Buchsenkontaktaufnahme kreisförmig um das Zentrum der Steckdose angeordnet. Der Kontaktträger kann als einzelnes Bauteil oder als Teil des Umgehäuses ausgebildet sein.
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Der Buchsenkontakt ist so segmentiert gefertigt das er einzelne Kontaktarme besitzt, die durch eine Kontaktzusatzfeder gehalten, den Kontaktbereich ergeben. Die Kontaktfeder ist so ausgebildet, dass sie den Buchsenkontakt im Kontaktbereich umschließt und deren Enden als abgewinkelte Schenkel ausgebildet sind.
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Beim Einsetzen der Buchsenkontakte in den Kontaktträger wird das eine Ende der Kontaktzusatzfeder in eine Freiformung des Kontaktträgers positioniert und ragen mit dem anderen freien Enden in eine Ausformung des Druckkörpers hinein.
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Erfindungsgemäß wird nun durch betätigen des Betätigungselementes der Druckkörper so bewegt, das sich die Schließkraft der Kontaktfedern aufhebt und somit auch die Kontaktkraft. Dadurch läßt sich der Stecker nahezu kraftlos stecken und ziehen.
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Diese Bewegung des Druckkörpers kann als axiale Schubbewegung ausgestaltet sein. Nach dem Prinzip der schiefen Ebene wirkt eine keilförmige Geometrie auf die Ausformung der Kontaktzusatzfeder die wiederum durch die Schubbewegung eine Druckkraft auf die Schenkel der Kontaktzusatzfeder ausübt.
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Ein anderes Prinzip die Schließkraft der Kontaktzusatzfeder aufzuheben erfolgt über die Rotationsbewegung des Druckkörpers um die eigene Achse.
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Denkbar sind auch Kombinationen aus Rotatinons- und Schubbewegung.
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Alle Prinzipien haben die Folge das durch das Betätigen des Betätigungselementes die Schließkräfte der Kontaktzusatzfeder aufgehoben wird.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand einiger lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnungen, hierbei handelt es sich um eine Kupplung, näher erläutert; es zeigen:
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1 eine isometrisch dargestellte Steckvorrichtung bestehend aus einer Kupplung
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2 eine Explosionsdarstellung der Kupplung
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3 eine isometrische Ansicht des Kragenteils
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4 eine Draufsicht auf den Kontaktträgers mit der Darstellung der Kontaktzusatzfederaufnahmen
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5 eine isometrische Ansicht des Betätigungselementes
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6 eine isometrische Ansicht des Druckkörpers mit den Aufnahmetaschen für die Federschenkel der Kontaktzusatzfeder
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7 einer isometrischen Ansicht der Kontaktzusatzfeder
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8 einer isometrischen Ansicht eines Buchsenkontaktes mit Kontaktzusatzfeder
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9 eine Schnittdarstellung durch die Komplettbaugruppe Kupplung
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10 eine Seitenansicht mit der Angabe der Schnittebenen für 11 und 12
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11 eine Schnittdarstellung mit Sicht auf den Druckkörper und dem Betätigungselement
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12 eine Schnittdarstellung mit Sicht auf den Druckkörper und einem Buchsenkontakt mit Kontaktzusatzfeder
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In den Figuren ist eine Steckdose, nach dem Ausführungsbeispiel einer Kupplung (1) als Rundsteckvorrichtung dargestellt. Der prinzipielle Aufbau der Erfindung kann aber auch auf jede Anbau- oder Aufbausteckdose angewandt werden. Hierbei können eine hohe Anzahl von Gleichteilen wie z. B.: Buchsenkontakte (9), Kontaktzusatzfedern (8), Kontaktträger (5), Druckkörper (6), Betätigungselement (4) und Klappdeckel (7) sowie deren Befestigungselemente und Dichtmittel verwendet werden. Lediglich das Kragenteil (2) und das Anschlußgehäuse (3) können sich in der Bauform ändern.
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In 1 und 2 wird der grundsätzliche Aufbau einer gattungsgemäßen Steckvorrichtung, hier als Kupplung (1) ausgebildet, dargestellt. Die 1 zeigt den geschlossenen Zustand der Kupplung (1) und in der 2 ist eine Explosionsdarstellung der Kupplung (1) abgebildet.
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Zum grundsätzlichen Aufbau der Kupplung (1) gehört ein Kragenteil (2) welches die nach DIN geforderte Außenform aufweist und im Inneren einen Teil der Kontaktkammergeometrie übernimmt. Des Weiteren befindet sich im Inneren die komplementäre Lagergeometrie für den Druckkörper (6) (hier nicht dargestellt). Auf der Außenseite des Kragenteiles (2) befindet sich die Klappdeckelhalterung (22) die den Klappdeckel (7) mittels einer Steckachsenbefestigung (hier nicht dargestellt) mit dem Kragenteil (2) verbindet.
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Der in 2 sichtbare Druckkörper (6) wird achskonzentrisch in den Kontaktträger (5) eingelegt und gelagert. Der Kontaktträger (5) nimmt die Buchsenkontakte (9) auf und wird über eine feste Verbindung mit dem Kragenteil (2) zusammen gefügt.
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Nach der Montage der Anschlußleitung wird das Anschlußgehäuse (3) auf das Kragenteil (2) aufgebracht und befestigt. Im Kragenteil (2) und im Kontaktträger (5) befinden sich in radialer Anordnung achsgleiche zylindrische Ausformungen (21, 51) in die das Betätigungselement (4) mit seinem Schaft (45) eingesteckt und verrastet wird.
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Die 3 zeigt das Kragenteil (2) mit der Klappdeckelhalterung (22) und der zylindrischen Ausformung (21) und in der 4 ist der Kontaktträger (5) in einer Draufsicht zu sehen. Der Kontaktträger (5) besitzt mehrere Durchbrüche (54) die die Buchsenkontakte (9) aufnehmen. In diesem Ausführungsbeispiel befindet sich das Widerlager (53) für die Kontaktzusatzfeder (8) auf der zentrumsnahen Seite der Buchsenkontaktaufnahme (54) und wird durch eine rechteckförmige Kammerausformung gebildet. Im Zentrum des Kontaktträgers (5) befindet sich die Aufnahme und Lagerung (52) für den Druckkörper (6).
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Die 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Betätigungselementes (4) das gebildet wird durch einen zylindrischen Schaft (45) an den auf der einen Seite eine Drucktaste (41) angeformt ist und auf der anderen Seite eine Druckkante (44), die durch eine zur Schaftachse schräg ausgebildete Freischnittfläche (43) gebildet wird. Die Druckkante (44) dient zur Ansteuerung des Druckkörpers (6). Der Druckkörper (6) dargestellt in 6 besitzt eine zylindrische Grundform die an beiden Stirnseiten Lagergeometrien (64, 65) aufweist und an dessen Mantelfläche taschenförmige Ausnehmungen (61) vorhanden sind. Die Druckfläche (63) des Druckkörpers (6) ist so angeordnet das bei der Betätigung des Betätigungselementes (4) der Druckkörper (6) um eine Winkelstellung X rotiert.
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In der 7 ist eine Form der Kontaktzusatzfeder (8) abgebildet die hier als Drehfeder mit zwei unterschiedlich langen Federschenkeln (81, 82) vorgesehen ist.
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In 8 ist ein Buchsenkontakt (9) dargestellt, der am hinteren Ende den Bereich für den Leitungsanschluß (91) aufweist und dessen vorderes Ende eine Öffnung für den Gegenkontakt besitzt. Auf der Seite für den Gegenkontakt ist der Buchsenkontakt (9) mehrfach geschlitzt und bildet dadurch mehrere Kontaktsegmente. Die Kontaktsegmente bilden einen Innendurchmesser im Kontaktierungsbereich (92) der dem Außendurchmesser der Gegenkontakte in etwa entspricht. Durch die Montage der Kontaktzusatzfeder (8) wird der Innendurchmesser im Kontaktierungsbereich (92) verringert und bildet somit, bei Aufweitung des Innendurchmessers durch das Stecken des Gegenkontaktes, die eigentliche Kontaktkraft.
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In 9 wird die Kupplung im Vollschnitt dargestellt und zeigt die Anordnung der einzelnen Bauteile zueinander. Der Klappdeckel (7) ist in einer Öffnungsposition dargestellt die noch nicht im Eingriff mit dem Betätigungselement (4) steht. Bei vergrößern des Öffnungswinkels drückt die Druckkante (71) des Klappdeckels (7) das Betätigungselement (4) in die Kupplung (1) und spreizt somit die Kontaktzusatzfeder (8).
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Die 10 zeigt die Schnittpositionen anhand einer Seitenansicht der Kupplung für die 11 und 12.
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In 11 wird das Prinzip der Umlenkung von der Schubbewegung des Betätigungselementes (4) in eine Drehbewegung des Druckkörpers (6) deutlich. Wird das Betätigungselement (4) in das Innere der Kupplung (1) gedrückt, entsteht durch den Mittenversatz der Druckkante (44) des Betätigungselementes (4) zur Drehachse des Druckkörpers (6) ein Drehmoment.
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Eine Drehwinkelbegrenzung ist durch den Anschlag des Betätigungselementes (4) mit der Drucktaste (41) auf der Außenseite des Kragenteiles (2) gegeben.
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Wie aus der 12 ersichtlich ist, erzeugt ein Drehen des Druckkörpers (6) eine Spreizung der Kontaktzusatzfeder (8). Der lange Schenkel (82) der Kontaktzusatzfeder (8) greift in die Taschenausformung (61) des Druckkörpers (6) ein während der kurze Schenkel (81) der Kontaktzusatzfeder (8) in das Widerlager (53) des Kontaktträgers (5) eingreift. Wird der Druckkörper (6) entgegen der Federkraft der Kontaktzusatzfeder (8) gedreht öffnet sich der Umschließungswinkel der Kontaktzusatzfeder (8) und der Innendurchmesser der Kontaktzusatzfeder (8) wird vergrößert wodurch die Kontaktkraft aufgehoben wird.
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In 12 ist aus Gründen der Verdeutlichung nur eine im Eingriff befindliche Kontaktzusatzfeder dargestellt.
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Eine Rückstellung des Druckkörpers erfolgt über die Rückstellwirkung der Kontaktzusatzfedern (8).
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Dieser Aufbau der Steckdose oder der Kupplung (1) erfüllt folgende Funktionen:
Durch das kraftlose Verbinden und Trennen der Steckvorrichtung wird der Verschleiß der Kontaktzone stark reduziert und die Kontaktzone bleibt nahezu unverändert. Auch das Händeln der Steckvorrichtung während des Stecken und Ziehens des Steckers ist wesentlich erleichtert und somit kontrollierbar und das Verletzungsrisiko bei ungünstigen Umgebungsbedingungen für den Anwender wird eliminiert.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Steckdose Komplettbaugruppe
- 2
- Kragenteil
- 21
- Querbohrung Kragenteil
- 22
- Klappdeckelhalterung
- 23
- Bohrung für Klappdeckelachse
- 24
- Steckeraufnahme
- 3
- Anschlußgehäuse
- 4
- Betätigungselement
- 41
- Drucktaste
- 42
- Rastkante
- 43
- Freichnittfläche
- 44
- Druckkante
- 45
- Schaft
- 5
- Kontaktträger
- 51
- Querbohrung Kontaktträger
- 52
- Axiallager für Druckkörper
- 53
- Widerlager für die Kontaktzusatzfeder
- 54
- Öffnung der Kontaktaufnahme
- 55
- Kontaktzusatzfeder-Anschlag
- 6
- Druckkörper
- 61
- Aufnahmetaschen für Kontaktzusatzfederausformung
- 62
- Druckfläche für Kontaktzusatzfederausformung
- 63
- Druckfläche für das Betätigungselement
- 64
- Lagerzapfen für das Druckelement
- 65
- Lagerbohrung für das Druckelement
- 7
- Klappdeckel
- 71
- Druckkante Klappdeckel
- 8
- Kontaktzusatzfeder
- 81
- Ausformung kurz
- 82
- Ausformung lang
- 9
- Buchsenkontakt
- 91
- Kontaktanschlußbereich für Anschlußleitung
- 92
- Kontaktierungsbereich
