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Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Steckverbindungsvorrichtung mit einem Federverbindungselement, insbesondere einen elektrischen Verbindungsanschluss zur Verbindung eines oder mehrerer elektrischer Leiter, der mit einer kompakten Betätigungsvorrichtung versehen ist. Insbesondere – ohne dass dadurch andere Ausführungsformen der Erfindung ausgeschlossen wären – ist das elektrische Steckverbindungselement in Form eines elektrischen Kontaktelements vorgesehen, bei dem es sich entweder um ein männliches (Stecker) oder ein weibliches (Buchse) Kontaktelement handelt.
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Insbesondere kann die elektrische Steckverbindungsvorrichtung auch zur Unterbringung in dem Isolierkörper einer mehrpoligen Steckverbindungsvorrichtung wie z. B. in einem elektrischen Steckverbinder geeignet sein, um einen elektrischen Leiter anzuschließen, der entweder vom Typ mit mehreren Strängen (biegsamer Leiter) oder vom eindrahtigen Typ sein kann (starr oder biegsam, jedoch mit einem gekrimpten Klemmhüllen-Ende versehen).
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Stand der Technik
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Elemente zur elektrischen Steckverbindung und elektrische Steckverbindungsanschlüsse, die zum Verbinden eines oder mehrerer elektrischer Leiter durch die Aktion einer Spannfeder geeignet sind, sind bekannt.
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Eine der am weitesten verbreiteten Formen einer Spannfeder für die genannten Elemente ist die in
DE 2706482 (Wago) beschriebene Spannfeder, die insbesondere aus einem Streifen elastischen Materials besteht, der ringförmig ausgebildet ist.
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In
DE 10 2007 009 082 (ILME) ist eine Weiterentwicklung derartiger mit Federkontakten versehener Steckverbindungsvorrichtungen beschrieben, bei der für jeden Anschluss das Vorhandensein einer Betätigungsvorrichtung in Form eines Gleitstifts vorgesehen ist, der zum Schließen oder Öffnen der Spannfeder und folglich zum Verbinden oder Lösen des Leiters mit/von dem Anschluss ohne Verwendung eines Werkzeug (z. B. eines Schraubenziehers mit schlitzförmigem Ende) betätigbar ist, um den Steckverbindungsanschluss zu schließen und dadurch die elektrische Verbindung zwischen dem Leiter und dem Kontakt zu realisieren, während das Werkzeug lediglich für ein nachfolgendes erneutes Öffnen benötigt wird. Diese frühere Erfindung machte es möglich, die Verdrahtungsoperation benutzerunabhängig durchzuführen, d. h. unabhängig vom Grad der Ausbildung oder Geschicklichkeit des Benutzers.
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In der noch unveröffentlichten
IT MI2012A00001974 (ILME) ist eine nochmalige Weiterentwicklung der oben aufgeführten Erfindung beschrieben, bei der die Betätigungsvorrichtungen der Federverbindungselemente mit einer Längsnut versehen sind, die z. B. die Einführung einer Metallsonde zur Durchführung elektrischer Messungen ermöglicht.
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Probleme des Standes der Technik
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Die mit Federkontakten und Betätigungsstiften versehenen elektrischen Steckverbindungsvorrichtungen des Standes der Technik, die auf der typischen Ringform der Feder gemäß der genannten
DE 2706482 basieren, leiden darunter, dass sie unpraktischerweise eine beträchtliche Querbemessung aufweisen: der Betätigungsstift, der vorne mit einem Nockenprofil ausgebildet ist, um das Öffnen und Schließen des Federanschlusses durch Einwirkung auf den sogenannten ”Schenkel” der Feder zu bewirken, hat bei ”offener” Position des Verbindungselements notwendigerweise hinter der Feder selbst eine Querbemessung, aufgrund derer eine dichtere Anordnung der mit der Betätigungsvorrichtung versehenen Federverbindungselemente, die in benachbarten parallelen Reihen implementierbar sind, wie z. B. bei mehrpoligen kompakten Anschlussblöcken oder bei mehrpoligen elektrischen Steckverbindern, nur eingeschränkt möglich ist.
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Für die relevanten Schlitze in dem Isolierkörper des Mehrpol-Anschlussblocks oder des Mehrpol-Steckverbinders sind somit konsistente Querbemessungen erforderlich, so dass bei mehrpoligen Vorrichtungen mit hoher Kontaktdichte – insbesondere wenn z. B. der Mehrpol-Steckverbinder-Einsatz in seiner maximalen Größe durch die nutzbare Innengröße des jeweiligen Schutzgehäuses beschränkt ist – eine Verwendung derartiger, mit einer Betätigungsvorrichtung versehener elektrischer Federverbindungselemente verhindert wird.
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Gemäß einer alternativen Ausführungsform des Betätigungsstifts des Standes der Technik, die frei von den Querbemessungen hinter der Feder ist, während die Form der Feder gegenüber der klassischen Feder des Standes der Technik nicht verändert ist, ist eine größere Gesamtbreite des Betätigungsstifts selbst vorgesehen, der seitlich an der Feder angreift; jedoch ist bei einer Verbindungsvorrichtung, die ein derartiges, mit einer Betätigungsvorrichtung versehenes elektrisches Steckverbindungselement des Feder-Typs aufweist, aufgrund der erforderlicherweise vergrößerten Seitenbemessung des Betätigungsstifts eine größere Breitenbemessung vorhanden. Dies macht die Verwendung eines derartigen Steckverbindungselements in existierenden mehrpoligen Steckverbindungsvorrichtungen unpraktisch, was durch die Vergrößerung des Abstands bedingt ist, der zwischen derartigen, Seite an Seite angeordneten Steckverbindungselementen erforderlich wäre.
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Eine alternative Ausgestaltung eines Steckverbindungselements gemäß dem Feder-Typ, die eine Betätigungsvorrichtung aufweist, welche auf einem unterschiedlichen Feder-Design basiert, wobei ein Federelement mit Hülsenform vorgesehen ist, ist in
DE 10145324 (
EP 1294053 ) (Harting) beschrieben. Obwohl diese Technik kompakter ausgestaltet ist, wird sie dennoch durch massive Nachteile beeinträchtigt: (1) Aufgrund der geringen Größe des Betätigungsstifts ist zum Schließen des Anschlusses immer noch ein Werkzeug erforderlich (z. B. ein Schraubenzieher mit schlitzförmigem Ende), und (2) diese Technik ist nur für strangförmige biegsame Leiter geeignet und somit nicht für Leiter, die mit einer isolierten Krimp-Klemmhülse versehen sind (eine Lösung, die von Herstellern von Kabelbäumen für elektrische Schalttafeln weitgehend bevorzugt wird) oder für einpolige Leiter, massiv oder gebündelt, deren Verwendung für die Verdrahtung fester elektrischer Installationen in zahlreichen Ländern noch weit verbreitet ist.
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Zweck der Erfindung
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Somit besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, die Nachteile des oben beschriebenen Standes der Technik zu beseitigen und insbesondere eine elektrische Steckverbindungsvorrichtung mit einem Steckverbindungselement vom Feder-Typ gemäß der Beschreibung in
DE 2706482 zu schaffen, das mit einer Betätigungsvorrichtung gemäß
DE 10 2007 009 082 versehen ist, wobei diese Steckverbindungsvorrichtung eine kompakte Form dahingehend haben soll, dass die Querbemessungen der Vorrichtung reduziert sind, und wobei im Fall einer Verwendung der Steckverbindungsvorrichtung bei mehrpoligen Steckverbindern die Dichte der Steckverbindungselemente erhöht sein soll, während sämtliche Vorteile, die ein gemäß dem Feder-Typ ausgebildetes Steckverbindungselement mit ringförmiger Feder bietet, beibehalten werden sollen.
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Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine derartige elektrische Steckverbindungsvorrichtung zu schaffen, die sowohl für biegsame als auch für starre Leiter geeignet und in der Lage ist, mehr als nur einen einzigen Leiter aufzunehmen.
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Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine derartige elektrische Steckverbindungsvorrichtung zu schaffen, die einfach und kostengünstig herstellbar ist.
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Beschreibung der Erfindung
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Die elektrische Steckverbindungsvorrichtung gemäß der Erfindung weist die im unabhängigen Anspruch 1 angegebenen Merkmale auf.
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Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen aufgeführt.
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Grundlegend ist bei der elektrischen Steckverbindungsvorrichtung gemäß der Erfindung, die einen Körper aufweist, in dem das Steckverbindungselement vom Feder-Typ und die Betätigungsvorrichtung angeordnet sind, ein Verformung der Spannfeder des Steckverbindungselements vorgesehen; diese Verformung erfolgt insbesondere in einem begrenzten Abschnitt des sogenannten ”Schenkels” der (auch als Käfig bekannten) ringförmigen Feder, der als Hebelarm zum Schließen desjenigen Abschnitts dient, welcher als die eigentliche Feder funktioniert und durch einen halbkreisförmig gekrümmten unteren Abschnitt gebildet ist.
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Der Abschnitt des oben erwähnten ”Schenkels” ist in geeigneter Weise an den Seiten symmetrisch verjüngt ausgebildet, und das entsprechende Profil des Betätigungsstifts ist spiegelbildlich derart hohl ausgebildet, dass er den genannten sich verjüngenden hinteren Abschnitt der Spannfeder vollständig umschließt, wenn das Steckverbindungselement vom Feder-Typ in der vollen Schließposition des Anschlusses angeordnet ist (und die Käfig-Feder ihre maximale Erstreckung einnimmt).
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Somit sind im Vergleich zu der bekannten Technik in der Schließposition des Anschlusses (der Position der maximalen Querbemessung) die Gesamt-Querbemessungen des Betätigungsstifts zweckmäßigerweise bis auf null reduziert.
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Dadurch wird ermöglicht, ein mit einer Betätigungsvorrichtung versehenes elektrisches Steckverbindungselement vom Feder-Typ, wie z. B. dieses Element, in kompakten mehrpoligen Anschluss-Blöcken oder in mehrpoligen Steckverbindern hoher Dichte unterzubringen, bei denen mehrere Reihen benachbarter und eng beabstandeter Kontakte vorhanden sind.
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Insbesondere erhält man zur Verwendung bei mehrpoligen Steckverbindern den maximalen Quer-Fußabdruck des mit einer Betätigungsvorrichtung versehenen Steckverbindungselements vom Feder-Typ, der demjenigen gleich ist, welcher bei ähnlichen mehrpoligen Steckverbindern vom Feder-Typ ohne Betätigungsvorrichtung erforderlich ist. Somit kann das gleiche Zusammengriffs-Interface (und somit die gleiche Kontaktdichte), wie es bei den existierenden mehrpoligen Steckverbindern vom Feder-Typ ohne Betätigungsvorrichtung vorhanden ist, auch bei den Versionen vom Feder-Typ beibehalten werden, die mit einer Betätigungsvorrichtung versehen sind.
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Kurzbeschreibung der Figuren
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Weitere Eigenschaften der Erfindung werden deutlicher ersichtlich aus der folgenden detaillierten Beschreibung einer lediglich exemplarischen und somit nicht einschränkenden Ausführungsform, die in den beigefügten Zeichnungen dargestellt ist; in diesen ist im Einzelnen Folgendes gezeigt:
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1 zeigt eine axonometrische Explosionsansicht einer elektrischen Steckverbindungsvorrichtung gemäß der Erfindung;
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2 zeigt eine entlang der Ebene II-II der Explosionsansicht gemäß 1 angesetzte Querschnittansicht;
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3a zeigt eine isometrische Explosionsansicht des elektrischen Steckverbindungselements vom Feder-Typ und des Betätigungsstifts der Steckverbindungsvorrichtung gemäß der Erfindung;
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3b zeigt die Elemente gemäß 3a im zusammengefügten Zustand in der Schließposition des Anschlusses, und zwar im Leerzustand ohne einen Leiter, wobei der Betätigungsstift teilweise geschnitten gezeigt ist (schraffierter Bereich);
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3c zeigt eine isometrische Ansicht ausschließlich des Betätigungsstifts aus relativ zu 3a entgegengesetzter Blickrichtung;
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4a zeigt eine 2 ähnliche Querschnittsansicht der zusammengefügten elektrischen Steckverbindungsvorrichtung in der Schließposition des Anschlusses, und zwar im Leerzustand ohne einen Leiter, wie in 3b;
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4b zeigt eine isometrische Darstellung der Schnittansicht gemäß 4a;
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5–9a, b zeigen Ansichten ähnlich denjenigen gemäß 4a, b, wobei die elektrische Steckverbindungsvorrichtung in verschiedenen Konfigurationen gezeigt ist, die der Abfolge der verschiedenen Schritte des Verdrahtens und des möglichen erneuten Öffnens entsprechen, wobei die Steckverbindungsvorrichtung in folgenden Positionen gezeigt ist:
- – in 5 in der Position des offenen Anschlusses, wobei der Betätigungsstift voll herausgezogen ist,
- – in 6 in der Position des offenen Anschlusses, wobei der Betätigungsstift voll herausgezogen ist und der Leiter in den entsprechenden Gehäuse-Sitz eingeführt ist,
- – in 7 in der Position des geschlossenen Anschlusses, wobei der Draht und der Betätigungsstift in ihre Sitze eingeführt sind,
- – in 8 in der Position des geschlossenen Anschlusses wie in 7, wobei das Ende eines Schraubenziehers in einen seitlichen Sitz des Betätigungsstifts eingeführt ist,
- – in 9 in der Position des offenen Anschlusses, wobei der Betätigungsstift mit Hilfe des Endes des Schraubenziehers angehoben ist und der Leiter herausgezogen ist,
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10 zeigt eine 4a ähnliche Querschnittsansicht eines Beispiels eines mehrpoligen Steckverbinders, der wie in den vorherigen Figuren gezeigt mit den Steckverbindungselementen und den Betätigungsstiften versehen ist.
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Detaillierte Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform
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In
1 bis
9 ist ein generell mit
10 gekennzeichnetes Ausführungsbeispiel einer elektrischen Steckverbindungsvorrichtung gemäß der Erfindung gezeigt. Die Steckverbindungsvorrichtung
10 weist einen elektrischen Isolierkörper
20 auf, der aus einer Basis
21 und einer Abdeckung
22 besteht, die im zusammengefügten Zustand (
4–
9) zwei längsverlaufende, parallele, nach oben hin offene Sitze
23,
24 bilden, welche zur Aufnahme eines elektrischen Steckverbindungselements
30 bzw. eines Betätigungsstifts
40 in der Lage sind, die wie in der bereits genannten Schrift
DE 10 2007 009 082 beschrieben sowie mit den noch zu beschreibenden Modifikationen ausgebildet sind.
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Das Steckverbindungselement 30 weist einen Anschluss 31 mit einer (auch als Käfig bekannten) ringförmigen Spannfeder 32 und – gemäß dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel – ein stiftförmiges männliches elektrisches Kontaktelement 33 auf, das nach unten von dem Isolierkörper 20 absteht. Alternativ kann das elektrische Kontaktelement 33 auch vom buchsenförmigen weiblichen Typ sein.
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Die an sich bekannte Spannfeder
32 ist wie in
DE 2706482 beschrieben eine Blattfeder, die einfach in Form eines geschlossenen Rings ausgebildet ist und einen im Wesentlichen in einem Halbkreis
34 gekrümmten unteren Abschnitt, der als die eigentliche Feder wirkt, einen hinteren aufragenden Abschnitt, der als ”Schenkel”
35 bezeichnet wird, und einen oberen Abschnitt
36 mit einem Schlitz
37 aufweist, der in einem oberen Vorsprung
38 des Steckverbindungselements
30 oder eines dem Schenkel
35 gegenüberliegenden Abschnitts der Feder ausgebildet ist, um ein Biegen der Feder als Reaktion auf eine externe Belastung und somit das Öffnen und Schließen des Anschlusses zu ermöglichen.
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Der Betätigungsstift 40 hat eine prismatische Form mit vertikalem Längsverlauf und kann in dem jeweiligen Sitz 24 gleiten, um die Feder 32 zu betätigen und den Anschluss zu öffnen oder zu schließen. Insbesondere weist der Betätigungsstift 40 an seinem unteren Ende ein nockenartiges Vorderprofil mit einem vorstehenden Abschnitt 41, der mit der Feder 32 dahingehend zusammenwirken kann, dass das Öffnen bzw. Schließen des Anschlusses getätigt wird, und mit einer Ausnehmung 42 auf, die in der Lage ist, im Schließzustand des Anschlusses und bei Nichtvorhandensein des Leiters den Schenkel 35 der Feder 32 aufzunehmen.
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Der Betätigungsstift
40 weist ferner einen oberen seitlichen Sitz
43 für ein handgehaltenes Werkzeug wie z. B. einen Schraubenzieher mit schlitzförmigem Ende
50 auf (siehe insbesondere
7 und
8), um ein erneutes Öffnen des Anschlusses zu ermöglichen, wie in der bereits erwähnten
DE 10 2007 009 082 beschrieben ist.
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Der Betätigungsstift
40 weist eine in Richtung der Feder
32 weisende längsverlaufende Öffnung
44 auf, welche die Einführung der Sonde einer Testvorrichtung zum Durchführen elektrischer Messungen erlaubt, wie in der bereits erwähnten unveröffentlichten Patentanmeldung
IT MI2012A001974 beschrieben ist.
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Der wesentliche Unterschied zwischen der Steckverbindungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung und der in
DE 10 2007 009 082 beschriebenen Steckverbindungsvorrichtung, der eine Reduzierung der inneren Querbemessungen der Vorrichtung und somit das Erzielen einer höheren Dichte der Steckverbindungselemente im Fall mehrpoliger Anschlussblöcke oder Steckverbinder ermöglicht, besteht darin, dass die oben erwähnte Ausnehmung
42, die in dem Betätigungsstift
40 ausgebildet ist, ein die Dickenbemessung des Stifts aufweisender muldenartiger Sitz ist, der durch zwei einander gegenüberliegende vertikale Wände
45 definiert ist (welche in
3c am deutlichsten ersichtlich sind) und dass der aufragende Schenkel
35 der Feder
32 die betreffenden sich verjüngenden oder genuteten Seiten
39 aufweist, damit er bei geschlossenem Anschlusses im Ruhezustand, wenn kein Leiter vorhanden ist, in den entsprechenden hohlen Sitz
42 des Betätigungsstifts
40 passt, wie in
4a und
4b gezeigt ist. Damit in diesem Ruhezustand ein vollständiger Pass-Sitz des Schenkels
35 der Feder
32 in dem hohlen Sitz
42 des Betätigungsstifts
40 ermöglicht ist, ist am unteren Ende des Stifts ein Fenster
46 vorgesehen, um das vollständige Vorwölben der Feder zu erlauben.
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Im Folgenden wird anhand von
5 bis
9 kurz die Arbeitsweise der elektrischen Steckverbindungsvorrichtung gemäß der Erfindung beschrieben, die vollständig identisch mit der in
DE 10 2007 009 082 beschriebenen und gezeigten Arbeitsweise ist.
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In 5 befindet sich die Vorrichtung in der offenen Position des Anschlusses ohne Leiter, wobei der Betätigungsstift 40 in seinem Gehäuse-Sitz 24 voll ausgezogen ist und die ringförmige Feder 32 mittels des Vorsprungs 41 des Nockenprofils der Betätigungsvorrichtung zusammengedrückt ist, so dass der obenliegende Schlitz 37 der Feder bereit zur Aufnahme eines elektrischen Leiters 60 ist, wie 6 zeigt. In 6 und den nachfolgenden Figuren ist ein starrer Leiter 60 gezeigt, jedoch ist ersichtlich, dass das elektrische Steckverbindungselement 30 auch einen biegsamen Leiter oder sogar mehrere Leiter aufnehmen kann.
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7 zeigt die elektrische Steckverbindungsvorrichtung im geschlossenen Zustand des Anschlusses, wobei der Betätigungsstift 40 zurückziehbar Weise in seinen Sitz 24 eingeführt ist und der Leiter 60 in dem Feder-Anschluss angeklemmt ist.
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8 ist eine 7 ähnliche Ansicht und zeigt den Endbereich eines Schraubenziehers 50 mit schlitzförmigem Ende, der in den seitlichen Schlitz 43 des Betätigungsstifts 40 eingeführt ist.
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Unter Hebeleinwirkung auf den mit einem geeigneten Vorsprung versehenen oberen Rand der Abdeckung 22 des Körpers 30 wird eine Abwärtsdrehung des Schraubenziehers 50 durchgeführt, die eine Aufwärtsbewegung des Betätigungsstifts 40 veranlasst, so dass der vorstehende Abschnitt 41 von dessen Nockenprofil das Zusammendrücken der Feder 32 mit dem entsprechenden Öffnen der Verbindung und das Lösen des Leiters 60 bewirkt, der dann herausgezogen werden kann, wie 9 zeigt.
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10 zeigt eine Querschnittsansicht eines Beispiels einer mehrpoligen Steckverbindungsvorrichtung 100 mit drei Kontaktreihen mit Betätigungsstiften 40, die zurückziehbar in die betreffenden Sitze des Isolierkörpers des Steckverbinders eingeführt sind, und mit geschlossenen Feder-Anschlüssen (leer, ohne Drähte), in der Situation der maximalen Vorwölbung des hinteren Schenkelabschnitts 35 der ringförmigen Federn 32. Die Gesamtbreite des Betätigungsstifts 40 hat keine Auswirkung, und zwar aufgrund der sich verjüngenden Form des hinteren Schenkels der Federn 32 und des entsprechenden hohlen Sitzes 42 in dem Betätigungsstift 40, und aufgrund des im unteren Bereich dieser Sitze angeordneten Fensters 46, so dass die Betätigungsstifte im Querschnitt betrachtet von der verlaufenden Ebene zu dem Punkt der maximalen Vorwölbung der Federn eine Dicke null haben. In dieser Weise sind in der Ruheposition (leere geschlossene Anschlüsse) die vollständig vorgewölbten Federn in die entsprechenden Hohlräume der Betätigungsstifte 40 eingeführt, so dass die Querbemessung der Vorrichtung minimiert wird und die Möglichkeit geschaffen wird, derartige mit Betätigungsstiften versehene Steckverbindungselemente vom Feder-Typ in hochdichten Steckverbindungsvorrichtungen anzuordnen oder die gemäß dem Feder-Typ ausgebildeten Steckverbindungselemente existierender Vorrichtungen mit Betätigungsvorrichtungen auszustatten, ohne dass dies eine Vergrößerung der Querbemessung nach sich zieht.
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Insbesondere wäre es bei dem in
10 gezeigten Beispiel im Fall einer Verwendung von federartigen Kontakten und Betätigungsstiften des Standes der Technik, wie z. B. denjenigen gemäß
DE 10 2007 009 082 , nicht möglich, bei der gleichen Querbemessung des Steckverbinder-Körpers drei Reihen elektrischer Kontakte unterzubringen.
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Die vorstehende Beschreibung veranschaulicht die Vorteile der Erfindung. Die Erfindung ist jedoch nicht auf die beschriebene und in den Zeichnungen gezeigte bestimmte Ausführungsform beschränkt, sondern es können an Details der Erfindung zahlreiche Modifikationen, die Fachleuten ersichtlich sind, vorgenommen werden, ohne vom Schutzumfang der Erfindung abzuweichen, der in den folgenden Ansprüchen definiert ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 2706482 [0004, 0007, 0011, 0033]
- DE 102007009082 [0005, 0011, 0031, 0035, 0037, 0038, 0044]
- IT 201200001974 [0006]
- DE 10145324 [0010]
- EP 1294053 [0010]
- IT 2012001974 [0036]
