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Die Erfindung betrifft ein Kontaktelement, einen Stecker umfassend ein Kontaktelement und eine Steckverbindung umfassend einen Stecker.
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Kontaktelemente können in einer Vielzahl von Anwendungen verwendet werden. Beispielsweise können zwei Leiterplatten durch ein Kontaktelement verbunden werden. Auch als Teil eines Steckers kann ein Kontaktelement zur Kontaktherstellung dienen. Die Kontaktherstellung kann dabei entlang einer Längsrichtung oder auch senkrecht zur Längsrichtung erfolgen.
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In der
US 6,976,851 B2 sind Kontaktelemente zur Verbindung einer CPU mit einem PCB gezeigt, die aufgrund zweier gegensätzlich zueinander schräg verlaufender Abschnitte eine Bewegung an der Spitze des Kontaktelements in einer Querrichtung minimieren. In der
DE 20 2008 001 918 U1 sind federnde Kontaktelemente zur Verbindung einer Leiterplatte mit in einer Hutschiene angeordneten Kontaktstreifen gezeigt. In der
US 6,059,595 A sind Kontaktelemente für einen Stecker und einen Gegenstecker gezeigt, die aufgrund von schräg verlaufenden Abschnitten ein Federn der Spitze erlauben. In der
DE 43 11 633 A1 sind Kontaktelemente für eine Lampenfassung eines KFZs gezeigt. Die
US 2005/0260898 A1 offenbart ein Steckerelement mit federnden Elementen zur Verbindung einer Leiterplatte mit einem elektrischen Gerät. Die
US 2012/0208381 A1 zeigt Verbindungselemente, die aus verdrillten Drähten bestehen und längsverschieblich in einem Verbindungselement zur Kontaktierung einer CPU zu Testzwecken angeordnet sind.
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Ziel der Erfindung ist es, ein vorteilhaft ausgestaltetes Kontaktelement bereit zu stellen.
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Dieses Ziel wird erreicht durch ein Kontaktelement mit einem sich in einer Längsrichtung erstreckenden, elastisch höhenveränderlichen Klemmabschnitt, der wenigstens eine schräg zur Längsrichtung verlaufende, bei einer Verkürzung des Klemmabschnitts in Längsrichtung sich quer zur Längsrichtung aufspreizende Spreizstrebe aufweist, wobei sich die Spreizstrebe an ihren in der Längsrichtung gelegenen Enden plastisch verformte Biegebereiche anschließen, wobei das Kontaktelement ein Gehäuse für den Klemmabschnitt ausformt, wobei die Spreizstrebe in einem ungespreizten Zustand innerhalb der Kubatur des Gehäuses liegt und in einem gespreizten Zustand quer zur Längsrichtung aus dem Gehäuse herausragt.
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In einem ungespreizten Zustand der Spreizstrebe kann das Kontaktelement beispielsweise in eine kanalartige Ausnehmung in einem Steckergehäuse oder in einem Zwischenraum zwischen zwei Leiterplatten eingeführt werden. Das Gehäuse schützt dabei den Klemmabschnitt vor Beschädigung und erleichtert ein Einführen, ohne dass das Kontaktelement dabei hängen bleiben kann. Bei einer Verkürzung des Klemmabschnitts spreizt sich die Spreizstrebe quer zur Längsrichtung auf. Dadurch kann sie sich beispielsweise in eine kanalartige Ausnehmung in einem Stecker einklemmen und das Kontaktelement fest im Stecker befestigen, solange die Verkürzung des Klemmabschnitts aufrechterhalten wird. In einer anderen Ausgestaltung kontaktiert die sich quer zur Längsrichtung aufspreizende Spreizstrebe seitlich liegende Elemente, z.B. eine oder mehrere Leiterplatten. Durch die Verkürzung des Klemmabschnitts erfolgt also eine automatische Kontaktierung dieser seitlichen Elemente. Aufgrund der plastisch verformten Biegebereiche ist eine einfache Herstellung möglich.
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Ein erfindungsgemäßer Stecker umfasst ein erfindungsgemäßes Kontaktelement.
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Die Erfindung kann mit den folgenden, jeweils für sich vorteilhaften und beliebig miteinander kombinierbaren Weiterentwicklungen und Ausgestaltungen weiter verbessert werden.
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Um eine bessere und gleichmäßigere Klemmung zu ermöglichen, kann der Klemmabschnitt mehrere hintereinander angeordnete und aneinander angebrachte Spreizstreben aufweisen, zwischen denen jeweils ein Biegebereich angeordnet ist. Die Spreizstreben können beispielsweise zickzackförmig entlang der Längsrichtung verlaufen. Die Spreizabschnitte können sich zu einer Seite oder zu zwei Seiten hin aufspreizen. Alternativ können zwischen zwei Spreizstreben auch weitere Elemente, beispielsweise Verbindungselemente angeordnet sein. Ferner können auch mehrere Spreizabschnitte vorhanden sein, die neben- oder übereinander angeordnet sind.
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Das Kontaktelement kann einen an einem in Längsrichtung gelegenen distalen Ende angeordneten, unter Verformung des Klemmabschnitts beweglichen Betätigungsabschnitt aufweisen. Der Betätigungsabschnitt kann dazu dienen, eine Kraft in das Kontaktelement, insbesondere in den Klemmabschnitt, einzuleiten und dadurch eine Aufspreizung der Spreizstrebe zu erzielen. Der Betätigungsabschnitt kann so ausgestaltet sein, dass er sich beim Anlegen der Kraft so wenig wie möglich verformt, insbesondere in der Längsrichtung. Er kann auch so ausgestaltet sein, dass er einen gewissen Teil der Kraft in sich aufnimmt, beispielsweise indem er sich selbst entlang der Längsrichtung verformt. Dadurch kann nur ein bestimmter Prozentsatz der einwirkenden Kraft an den Klemmabschnitt weitergeleitet werden und eine übermäßige Kraftkomponente im Betätigungsabschnitt abgefangen werden. Dadurch, dass nur eine bestimmte Kraft an den Klemmabschnitt weitergeleitet wird, kann beim Aufspreizen der Spreizstrebe eine seitlich entstehende Anpresskraft ebenfalls verringert sein. Dies kann verhindern, dass beim seitlichen Anpressen Beschädigungen auftreten.
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Um die Verformung des Betätigungsabschnittes gering zu halten und die Kraft direkt an den Klemmabschnitt weiterzuleiten, kann der Betätigungsabschnitt parallel zur Längsrichtung vom Klemmabschnitt vorspringen. Er kann beispielsweise als gerade verlaufender Schenkel ausgebildet sein.
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Der Betätigungsabschnitt kann an seinem Ende abgerundet ausgestaltet sein, um Beschädigungen zu vermeiden.
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Das Gehäuse kann den Klemmabschnitt im Wesentlichen vollständig umschließen. Es kann lediglich Öffnungen aufweisen, die ein Heraustreten der Spreizstrebe beim Aufspreizen ermöglichen. Alternativ kann das Gehäuse auch zu einer Seite hin offen sein, insbesondere in der Richtung, in der sich die Spreizstrebe aufspreizt. Dadurch ist ein leichtes Heraustreten aus der Kubatur des Gehäuses gewährleistet.
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Das Kontaktelement kann einen Verbindungsabschnitt zur Verbindung mit einem Kabel aufweisen. Der Verbindungsabschnitt kann insbesondere als Crimpabschnitt ausgestaltet ist. Durch ein Vercrimpen ist eine besonders einfache Verbindungsherstellung mit einem Kabel möglich. Ein solches Kontaktelement kann beispielsweise als Terminal in einem Stecker verwendet werden. Alternativ kann das Kontaktelement auch so ausgestaltet sein, dass eine elektrische Verbindung zwischen zwei Elementen beispielsweise am Klemmabschnitt oder am Betätigungsabschnitt erfolgt. Eine permanente Verbindung mit einem Kabel muss nicht zwangsweise vorgesehen sein.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Kontaktelement ein Stanzteil. Es kann durch Herausstanzen aus einem Metallblech und anschließendes Umformen, insbesondere Umbiegen entstanden sein. Das Kontaktelement kann insbesondere ein Kontaktelement sein, das in den Biegebereichen, die an den Enden der Spreizstrebe liegen, umgebogen wurde. Um ein Umbiegen zu erleichtern, können die umzubiegenden Stellen vorher behandelt worden sein. Beispielsweise können sie aufgeweicht worden sein. Um die neue Form von plastisch verformten oder gebogenen Teilen zu stabilisieren, können diese Teile oder auch das ganze Kontaktelement behandelt worden sein. Beispielsweise können sie gehärtet worden sein.
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Das Kontaktelement kann an einem in der Längsrichtung gelegenen distalen Ende eine Spitze aufweisen, wobei die Spitze als elektrische Kontaktfläche ausgestaltet ist. Dadurch ist eine elektrische Kontaktierung in der Längsrichtung möglich. Die Spitze kann beispielsweise auf eine elektrische Kontaktfläche oder an ein Gegenkontaktelement angedrückt werden. Befindet sich das Kontaktelement in einem Stecker, so kann der Klemmabschnitt lediglich zur mechanischen Verklemmung in dem Stecker dienen. Die elektrische Kontaktierung kann an der Spitze und beispielsweise an einem der Spitze gegenüberliegenden Verbindungsabschnitt erfolgen.
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Das Kontaktelement kann eine Anpressfläche aufweisen, die in einem gespreizten Zustand der Spreizstrebe quer zur Längsrichtung außen liegt. Eine solche Anpressfläche kann als elektrische Kontaktfläche ausgebildet sein. Dadurch ist es möglich, das Kontaktelement für eine seitliche Kontaktierung zu nutzen. In der Längsrichtung muss nicht notwendigerweise eine elektrische Kontaktierung erfolgen. In der Längsrichtung kann lediglich eine mechanische Kraft aufgewendet werden, die dazu führt, dass die Spreizstrebe seitlich vorsteht und zur Kontaktierung genutzt werden kann. Insbesondere kann die Spreizstrebe zur Verbindung zweier seitlicher, sich bezüglich des Kontaktelements gegenüberliegender Elemente, beispielsweise zweier Leiterplatten genutzt werden. Das Kontaktelement kann zwischen den beiden Leiterplatten eingeführt werden und durch mechanischen Druck entlang der Längsrichtung im Klemmabschnitt aufgespreizt werden, so dass das Kontaktelement die beiden Leiterplatten verbindet. Ein solches Kontaktelement weist also mehrere sich gegenüberliegende Anpressflächen auf, die als elektrische Kontaktflächen ausgebildet sind. Das Kontaktelement kann alleine oder als Teil eines Steckers benutzt werden.
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Ein erfindungsgemäßer Stecker kann neben dem Kontaktelement nur noch ein Steckergehäuse umfassen. Das Steckergehäuse kann ein Halteelement zur haltenden Verbindung des Steckers mit einem Gegenelement oder einem Gegenstecker entlang der Längsrichtung aufweisen. Dies stellt sicher, dass der Druck aufrecht erhalten wird und der Klemmabschnitt permanent erweitert bleibt und/oder klemmt.
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Eine erfindungsgemäße Steckverbindung umfasst einen Stecker und einen daran angebrachten Gegenstecker oder ein daran angebrachtes Gegenelement. Das Kontaktelement kann über eine durch den Klemmabschnitt erzeugten Reibschluss in dem Stecker gehalten sein. Durch diese Lösung kann auf Elemente, die innerhalb des Steckers liegen und das Kontaktelement im Stecker halten, verzichtet werden. Durch das Aufspreizen der Spreizstrebe entsteht automatisch ein Reibschluss, der das Kontaktelement im Stecker hält.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand vorteilhafter Ausführungsformen mit Bezug auf die Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Die beschriebenen Ausführungsformen stellen dabei lediglich mögliche Ausgestaltungen dar, bei denen jedoch die einzelnen Merkmale, wie oben beschrieben, unabhängig voneinander kombiniert oder weggelassen werden können. Gleiche Bezugszeichen stehen dabei in den verschiedenen Zeichnungen jeweils für gleiche Gegenstände.
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Es zeigen:
- 1A, 1B schematische Seitenansichten einer ersten Ausführungsform eines Kontaktelements mit einer Spreizstrebe in einem ungespreizten bzw. gespreizten Zustand;
- 2A, 2B schematische, teilweise geschnittene Seitenansichten einer erfindungsgemäßen, zweien Ausführungsform eines Kontaktelements mit einem Spreizabschnitt in einem ungespreizten bzw. gespreizten Zustand;
- 3 eine schematische, teilweise geschnittene Seitenansicht der Ausführungsform aus den 2A und 2B zusammen mit einem Steckergehäuse und einem Gegenelement;
- 4A, 4B eine schematische, teilweise geschnittene Seitenansicht der Ausführungsform aus den 2A und 2B zusammen mit zwei seitlich gelegenen Leiterplatten;
- 5A, 5B eine schematische, teilweise geschnittene Seitenansicht einer dritten Ausführungsform eines Kontaktelements in einem Steckergehäuse vor bzw. während der Kontaktierung eines Gegenelements;
- 6A, 6B eine schematische, teilweise geschnittene Seitenansicht der ersten Ausführungsform vor bzw. während der Kontaktierung zweier seitlich angeordneter Leiterplatten.
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In dem 1A und 1B ist eine erste Ausführungsform eines Kontaktelements 1 gezeigt. Das Kontaktelement umfasst einen Klemmabschnitt 2. Der Klemmabschnitt wiederum umfasst mehrere Spreizstreben 3. Das Kontaktelement 1 ist länglich und erstreckt sich entlang einer Längsrichtung 4. Die Spreizstreben 3 verlaufen schräg zur Längsrichtung 4. Bei einer Verkürzung des Klemmabschnitts 2 in der Längsrichtung 4, beispielsweise durch eine Kraft, die an einem Betätigungsabschnitt 5, der an einem in Längsrichtung 4 liegenden distalen Ende 6 angeordnet ist, ausgeübt wird, spreizen sich die Spreizstreben 3 quer zur Längsrichtung 4 auf, d.h. die Höhe 7 der Spreizstreben 3 quer zur Längsrichtung 4 wird größer. Diese Veränderungen in der Höhe 7 können genutzt werden, um das Kontaktelement 1 beispielsweise zwischen zwei zu kontaktierenden Elementen oder in ein Steckergehäuse einzuklemmen. An den in der Längsrichtung 4 gelegenen Enden 8 der Spreizstreben 3 schließen sich plastisch verformte Biegebereiche 9 an. Die Biegebereiche 9 können durch plastisches Umformen oder Umbiegen entstanden sein.
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Das Kontaktelement 1 ist ein Stanzteil. Es wurde aus einem Metallblech herausgestanzt und durch Biegen in seine endgültige Form gebracht. Um ein Biegen zu erleichtern, können bestimmte Bereiche, die gebogen werden, vorher behandelt worden sein. Beispielsweise können sie erweicht worden sein. Nach dem Biegevorgang können solche Bereiche wieder behandelt werden, um das Kontaktelement 1 in seiner Form möglichst stabil zu halten.
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An einem proximalen Ende 10 weist das Kontaktelement 1 einen Verbindungsabschnitt 11 zur Verbindung mit einem Kabel 12 auf. Der Verbindungsabschnitt 11 ist als Crimpabschnitt ausgebildet. Er weist einen Teil auf, der mit einer Isolation des Kabels vercrimpt werden kann und einen Teil, der mit einem innen liegenden Leiter des Kabels 12 vercrimpt werden kann.
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In den 2A und 2B ist eine erfindungsgemäße, zweite Ausführungsform eines Kontaktelements 1 dargestellt. Das Kontaktelement 1 umfasst wieder einen Klemmabschnitt 2 mit mehreren Spreizstreben 3. Ferner umfasst das Kontaktelement 1 ein Gehäuse 13. Das Gehäuse 13 wird vom Kontaktelement 1 ausgeformt, d.h. es ist einteilig mit dem Kontaktelement 1. Das Gehäuse 13 erstreckt sich beidseitig neben dem Klemmabschnitt 2. Um den Klemmabschnitt 2 in der Zeichnung sehen zu können, ist eine Seite des Gehäuses 13 nicht gezeigt.
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In 2A sind die Spreizstreben 3 in einem ungespreizten Zustand dargestellt. Dabei befinden sie sich innerhalb einer Kubatur 14 des Gehäuses 13. Das Gehäuse 13 schützt also die Spreizstreben 3 bei einem Einführvorgang. Andererseits werden auch andere Elemente, insbesondere Elemente, in die das Kontaktelement 1 eingeführt wird, vor Beschädigungen durch die Spreizstreben 3 geschützt.
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In 2B sind die Spreizstreben 3 in einem gespreizten Zustand dargestellt. Dabei ragen sie quer zur Längsrichtung 4 aus dem Gehäuse 13 heraus. Die Biegebereiche 9, die zwischen zwei Spreizstreben 3 liegen, sind außerhalb der Kubatur 14 des Gehäuses 13. Um ein besonders leichtes Herausgleiten ermöglichen, kann das Gehäuse 13 an einer Oberseite 15 und an einer Unterseite 16 offen sein. Das Gehäuse 13 wird in diesem Fall im Wesentlichen durch die Seitenteile 17 gebildet. In einer alternativen Ausgestaltung können die Oberseite 15 und/oder die Unterseite 16 nur Öffnungen aufweisen, die ein Herausgleiten der Biegebereiche 9 erlauben. Die Oberseite 15 bzw. die Unterseite 16 stabilisieren die Seitenteile 17 zueinander.
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In 3 ist die Ausführungsform eines Kontaktelements 1 aus den 2A und 2B in einem Steckergehäuse 18 angeordnet dargestellt. Sie befindet sich in einer kanalartigen Ausnehmung 19 eines Steckers 26. In der kanalartigen Ausnehmung 19 wird sie durch den Klemmabschnitt 2 festgeklemmt. Seitliche Anpressflächen 20, die sich an den Biegebereichen 9, die zwei Spreizstreben 3 verbinden, werden gegen Innenwände der kanalartigen Ausnehmung 19 gepresst und erzeugen einen Reibschluss mit diesem. An dem distalen Ende 6 des Kontaktselements 1 befindet sich ein Betätigungsabschnitt 5, der parallel zur Längsrichtung 4 vom Klemmabschnitt 2 vorspringt. Am äußersten Ende des Betätigungsabschnitts 5 befindet sich eine Spitze 21, die gegen ein Gegenelement 22 drückt. Durch die wirkende Kraft wird der Klemmabschnitt 2 verkürzt und die Anpressflächen 20 an die Innenwände der kanalartigen Ausnehmung 19 gepresst. Weitere Elemente zur Fixierung des Kontaktelements 1 in dem Steckergehäuse 18 können dadurch überflüssig sein.
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Die Spitze 21 kann als elektrische Kontaktfläche ausgestaltet sein, so dass ein elektrischer Kontakt zwischen dem Gegenelement 22 und dem Kontaktelement 1 in der Längsrichtung 4 hergestellt werden kann.
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In den 4A und 4B ist eine alternative Anbringung des Kontaktelements 1 aus den 2A und 2B dargestellt. In diesem Fall dient das Kontaktelement 1 zur Verbindung zweier Leiterplatten 23. An den Leiterplatten 23 sind Kontaktflächen 24 angebracht, die miteinander verbunden werden sollen. Dazu wird das Kontaktelement 1 in den Zwischenraum zwischen den Leiterplatten 23 eingeführt. Dabei befinden sich die Spreizstreben 3 in einem ungespreizten Zustand und damit innerhalb der Kubatur 14 des Gehäuses 13, wodurch das Einführen erleichtert ist. Ist das Kontaktelement richtig eingeführt, so wird an der Spitze 21 eine Kraft auf dem Betätigungsabschnitt 5 ausgeübt, die in der Längsrichtung 4 verläuft. Dadurch wird der Klemmabschnitt 2 verkürzt und die Spreizstreben 3 spreizen sich quer zur Längsrichtung 4 auf. Die Biegebereiche 9, die zwischen zwei Spreizstreben 3 liegen, werden an die Kontaktflächen 24 gedrückt. Es kann ein Strom durch eine Spreizstrebe 3 von der einen Kontaktfläche 24 zur anderen Kontaktfläche 24 fließen. Ferner kann ein Kabel 12 angeschlossen sein, das in Verbindung mit den beiden Kontaktflächen 24 steht. Auch an der Spitze 21 kann ein elektrischer Kontakt erfolgen. In diesem Fall kann die Spitze 21 jedoch auch nicht elektrisch leitend ausgestaltet sein. Beispielsweise könnte sie isolierend beschichtet oder auch mit einem Isolator umspritzt sein.
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In den 5A und 5B ist eine einseitige Kontaktierung eines Kontaktelements 1 dargestellt. Das Kontaktelement 1 befindet sich wieder in einem Steckergehäuse 18, wird jedoch im Bereich des Klemmabschnitts 2 an einer Seite nicht von einer Innenwand einer Ausnehmung begrenzt. Die Spreizstreben 3 spreizen sich beim Kontaktiervorgang zu dieser offenen Seite hin auf und kontaktieren dabei eine Kontaktfläche 24 eines Gegenelements 22, der einen Gegenstecker 28 darstellt. Zusammen mit dem Stecker 26 bildet der Gegenstecker 28 eine Steckverbindung 27. Da die dadurch erzeugte Klemmwirkung unter Umständen nicht groß genug ist, verfügt die hier gezeigte Ausführungsform ferner über ein Rastelement 25, das eine Biegung des Kontaktelements 1 im Steckergehäuse 18 zumindest in eine Richtung begrenzt.
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Um die Verbindung zwischen den Steckergehäuse 18 und dem Gegenelement 22 aufrecht zu erhalten, kann das Steckergehäuse 18 ein Halteelement aufweisen, das mit einem entsprechend ausgestalteten Gegenhalteelement des Gegenelements 22 verbunden werden kann und den Stecker 26 mit dem Gegenelement 22 bzw. dem Gegenstecker 28 verbindet.
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In den 6A und 6B ist die erste Ausführungsform eines Kontaktelements 1 dargestellt, wie sie zwei Leiterplatten 23 miteinander verbindet. Es ist zu erkennen, dass auch diese Ausführungsform zur Verbindung benutzt werden kann und nicht notwendigerweise ein Gehäuse 13 um den Klemmabschnitt 2 herum benutzt werden muss.
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In den Figuren ist ein Kontaktelement 1 gezeigt, das drei Spreizstreben 3 aufweist. Um eine Klemmwirkung zu erzeugen, reicht es in einer einfachen Ausführungsform aus, wenn eine einzige Spreizstrebe 3 vorhanden ist. Mehrere Spreizstreben 3 führen jedoch zu einer gleichmäßigeren Verteilung der Klemmkräfte und können insbesondere ein Verkeilen des Kontaktelements 1 beim Klemmvorgang verhindern.
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In den Figuren sind jeweils nur Seitenansichten gezeigt. Die in der Richtung senkrecht zur Zeichenebene gemessene Tiefe der Spreizstreben 3 ist nicht zu erkennen. Sie kann je nach Bedarf angepasst werden und beispielsweise etwa der Dicke des Metallblechs, aus dem das Kontaktelement gestanzt wurde, entsprechen. In einer alternativen Ausgestaltung kann die Tiefe auch größer sein als diese Dicke.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kontaktelement
- 2
- Klemmabschnitt
- 3
- Spreizstrebe
- 4
- Längsrichtung
- 5
- Betätigungsabschnitt
- 6
- distales Ende
- 7
- Höhe
- 8
- Enden
- 9
- Biegebereich
- 10
- proximales Ende
- 11
- Verbindungsabschnitt
- 12
- Kabel
- 13
- Gehäuse
- 14
- Kubatur
- 15
- Oberseite
- 16
- Unterseite
- 17
- Seitenteil
- 18
- Steckergehäuse
- 19
- kanalartige Ausnehmung
- 20
- Anpressfläche
- 21
- Spitze
- 22
- Gegenelement
- 23
- Leiterplatte
- 24
- Kontaktfläche
- 25
- Rastelement
- 26
- Stecker
- 27
- Steckverbindung
- 28
- Gegenstecker
