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Die Erfindung betrifft eine elektrische Steckverbinderbuchse, welche als Radialkontaktbuchse ausgestaltet ist und mehrere Längskontaktelemente zur Kontaktierung eines korrespondierenden Steckerstiftes sowie eine die Längskontaktelemente umgebende Hülse aufweist.
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Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Steckverbinderbuchse mit mehreren Längskontaktelementen zur Kontaktierung eines korrespondierenden Steckers und mit einer die Längskontaktelemente umgebenden Buchsenhülse.
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In der
US 2002/0187686 A1 wird eine Buchse gezeigt mit einem T-förmigen Anschluss sowie die Fertigung eines Lamellenkontaktes, bestehend aus einem Lamellenkäfig und einem gerollten Kontakthalter, die auf komplexe Art und Weise und unter Zuhilfenahme verschiedener Hilfsmittel in einer Art ”Sanduhrform” verdreht werden.
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Ebenfalls wird in der
US 4,657,335 A eine Buchse beschrieben, die durch eine relativ-rotatorische Bewegung der Enden eines Lamellenkäfigs in eine Hülse ausgebildet wird. Zur Festlegung des Lamellenkäfigs in der Hülse werden an den jeweiligen Enden der Hülse Ringe übergestülpt.
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Die
US 2003/0068931 A1 zeigt eine elektrische Steckverbinderbuchse umfassend eine im wesentlichen zylindrische Buchsenhülse, die an ihren stirnseitigen Enden mit Ausnehmungen versehen ist, um ein hyperbolisch gedrehten Kontaktkäfig mit seinen Anschlusszungen an bzw. in diesen Ausnehmungen zu befestigen.
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Aus der
DE 10 2011 105 821 B4 ist ferner eine elektrische Steckverbinderbuchse bekannt mit einer zylindrischen Buchsenhülse, wobei die Buchsenhülse mit einem Aufnahmeraum, in dem ein hyperbolisch gedrehter Kontaktkäfig angebracht ist und die Buchsenhülse über eine erste und zweite Stirnfläche verfügt und der Kontaktkäfig mit Anschlusszungen an der ersten und zweiten Stirnfläche der Buchsenhülse mit dieser formschlüssig verbunden ist und dass in dem Übergangsbereich zwischen der Buchsenhülse und der Anschlusszunge Durchbrüche angebracht sind und dass wenigstens eine der Anschlusszungen des Kontaktkäfigs durch einen der Durchbrüche hindurchragt.
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Die im Stand der Technik bekannten Lösungen weisen allesamt den Nachteil auf, dass die Fertigung sehr aufwendig ist, insbesondere auch die geometrischen Abmessungen von Hülsen, endseitigen Hülsen und Lamellenkäfigen aufeinander abgestimmt sein müssen. Fertigungsbedingt kommt es zu einem Toleranzfeld, was erhebliche praktische Probleme aufwirft. Regelmäßig müssen Hochpräzisionsrohre eingesetzt werden, da jeweils das Innenrohr des Kontaktkäfigs in die Rohrform der umgebenen Hülse passen muss und ggf. die umgebene Hülse wiederum in eine weitere Hülsenaufnahme eingebracht werden muss und dort befestigt werden muss.
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Regelmäßig besteht auch ein Problem darin, dass das Tordieren des Kontaktkäfigs in der Hülse erfolgt, so dass zwischen der Hülse und dem Kontaktkäfig Haltevorrichtungen geschaffen werden müssen, um einerseits den Käfig drehwirksam in der Hülse festzulegen und andererseits mit einem Werkzeug in den Käfig einzugreifen, um diesen um seine Mittelachse zu tordieren, so dass sich die Kontaktlamellen im Inneren eingeschnürt werden.
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In der Regel umfassen daher gattungsgemäße Steckverbinderbuchsen mehrere Bauteile, die aufeinander abgestimmt werden müssen und dann mittels aufwendiger materialschlüssiger Fügeverfahren (wie z. B. Schweißen) verbunden werden.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Steckverbinderbuchse wesentlich einfacher und wirtschaftlicher zu fertigen, wobei gleichzeitig die Anzahl der Bauteile reduziert werden soll, aber dennoch eine hohe Stromtragfähigkeit bei hoher Temperaturbelastung gewährleistet ist, insbesondere bei Temperaturen zwischen 150° und 170° und teilweise bei höheren Temperaturen sicher gewährleistet sein muss.
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Die Erfindung wird durch eine Steckverbinderbuchse mit den Merkmalen von Anspruch 1 sowie einem Verfahren nach den Merkmalen von Anspruch 9 gelöst.
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Die Grundidee der vorliegenden Erfindung ist es dabei, den Lamellenkäfig nicht wie im Stand der Technik bekannt als hyperbolisch verdrehten Käfig auszubilden, sondern aus einem flachen Blech ein Kontaktgitter herzustellen, welches in einem Fertigungsschritt in seinem zentralen Abschnitt mit einer Wölbung mit einem definierten Biegeradius versehen wird, die vorzugsweise durch einen Stanzprozess erzeugt wird.
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Erfindungsgemäß wird daher eine elektrische Steckverbinderbuchse umfassend eine zylindrische Buchsenhülse vorgeschlagen, wobei die Buchsenhülse mit einem Aufnahmeraum ausgebildet ist, in dem ein spezifischer, insbesondere torsionsfrei hergestellter Kontaktkäfig mit einer Vielzahl von Kontaktlamellen eingeschoben ist. Der erfindungsgemäße Kontaktkäfig wird anders als im Stand der Technik nicht in einer tordierten, d. h. um seine Mittelachse verdrehte Form hergestellt, sondern mit einer, wie später noch beschriebenen, Wölbung versehen. Der Kontaktkäfig verfügt über eine Vielzahl von Kontaktlamellen, wobei die Buchsenhülse über eine erste und zweite endseitige Stirnkante verfügt und der Kontaktkäfig, wie zuvor angegeben, aus einem gewölbten Blech hergestellt und in eine zylindrische Form gerollt wurde und die jeweiligen Enden der Kontaktlamellen über jeweils einen Bundsteg miteinander verbunden sind und wobei die beiden Bundstege mit ihrer Außenseite an der Innenwand der Buchsenhülse anliegen (unter Formschluss) und die Wölbung radial umlaufend in dem Blech ausgebildet ist.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Kontaktkäfig so ausgebildet, dass er lediglich formschlüssig mit der Buchsenhülse verbunden ist.
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In einer weiter vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Stirnkanten der Buchsenhülse teilweise (d. h. partiell) oder bevorzugt vollständig umlaufend nach Innen, d. h. in Richtung des Aufnahmeraums hin umgebördelt sind, wodurch der Innendurchmesser der Buchsenhülse in diesem umgebördelten Bereich derart verringert ist, dass dieser kleiner ist, d. h. ausreichend kleiner ist als der Außendurchmesser des Kontaktkäfigs im Bereich der Bundstege. Hierdurch wird auf einfache Weise verhindert, dass der in der Buchsenhülse bewegliche Kontaktkäfig aus der Buchsenhülse herausrutschen kann.
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Andererseits ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass zwischen den jeweiligen Außenkanten der Bundstege des Kontaktkäfigs und den innen liegenden Flanken der umgebördelten Stirnkante der Buchsenhülse, d. h. allgemein zwischen den Stirnkanten der Buchsenhülse jeweils ein Abstand D vorgesehen ist, dass sich der Kontaktkäfig beim Einstecken eines Gegenkontakts in der Länge ausdehnen kann. Die Längenausdehnung ist auf die jeweilige Paarung von Steckverbinderbuchse und Stift abgestimmt. Es ist jedenfalls so zu wählen, dass der zwischen den Außenkanten der Bundstege und den Stirnkanten der Buchsenhülse gewählte Abstand ausreichend ist, dass sich die durch das Einstecken eines Steckerstifts in die Steckverbinderbuchse ergebende Längenänderung erfolgen kann.
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In einer weiter bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Wölbung radial umlaufend in einem Mittelabschnitt des Kontaktkäfigs vorgesehen ist, vorzugsweise in der Mitte zwischen den beiden Außenkanten des Kontaktkäfigs.
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Es ist weiter mit Vorteil vorgesehen, dass der Kontaktkäfig, bevor er in seine zylindrische Form gerollt wurde, als ein im Wesentlichen rechteckiges Blech geformt ist, an dessen Längsseitenkanten jeweils eine Nase und an dessen gegenüberliegenden Längsseitenkanten eine der Nase korrespondierende Ausnehmung vorgesehen ist, so dass beim Zusammenrollen die Nase jeweils in die Ausnehmung eintauchen kann und eine axiale Verschiebung des später in die zylindrische Form gerollten Kontaktkäfigs verhindert wird.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Kontaktkäfig federkraftbeaufschlagt gegen die Innenwand der Buchsenhülse anliegt.
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Es ist weiter bevorzugt vorgesehen, dass die Wölbung im Wesentlichen quer zur Erstreckungsrichtung der Kontaktlamellen verläuft.
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In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist die Krümmung der Wölbung mit einem spezifischen Biegeradius hergestellt, d. h. die Krümmung verläuft langsam und kontinuierlich entlang eines bestimmungsgemäßen Biegeradius, wobei der Betrag des Biegeradius bevorzugt zwischen 40% und 75%, weiter bevorzugt zwischen 48% und 52% der Länge des Kontaktkäfigs beträgt. Hierdurch ergeben sich vorteilhafte Steck- und Ziehkräfte, da sich die Krümmung der Lamellen im Wesentlichen über mehr als die Hälfte, vorzugsweise über 70% bis 80% der Länge der Kontaktlamellen ergibt, gemessen vom Kontaktlamellenende am inneren Bundstegende zum Kontaktlamellenende am gegenüberliegenden Bundstegende.
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In einer weiter vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass im Bereich wenigstens eines Bundstegs eine Ausnehmung an bzw. im Bereich der Innenwand der zylindrischen Buchsenhülse vorgesehen ist, in die ein Vorsprung, beispielsweise eine Prägung des jeweilig benachbarten Bundstegs hineinragt, vorzugsweise durch Umformung oder Prägung hineingeformt wurde. Besonders vorteilhaft ist es, wenn eine solche Prägung in einem Mittelabschnitt des Bundstegs erfolgt.
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Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung einer wie zuvor beschriebenen elektrischen Steckverbinderbuchse mit den folgenden Verfahrensschritten:
- a) Herstellen eines Kontaktlamellengitters mit einer Vielzahl von Kontaktlamellen aus einem Blech, vorzugsweise durch Ausstanzen;
- b) Einbringen einer Wölbung im zentralen Mittelabschnitt des Blechs quer über die gesamte Breite des Blechs, vorzugsweise durch Stanzen oder Tiefziehen;
- c) Umformen des mit der Wölbung versehenen Kontaktlamellengitters in eine zylindrische Form, vorzugsweise durch Rollen;
- d) Einbringen des gerollten Kontaktlamellengitters in einen Aufnahmeraum einer zylindrischen Buchsenhülse und
- e) teilweise oder vollständiges radiales umlaufendes Umbördeln der Stirnkanten der Buchsenhülse nach Innen.
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Besonders vorteilhaft ist das erfindungsgemäße Verfahren, wenn die Wölbung mit einem definierten Biegeradius R ausgebildet wird, vorzugsweise mit einem Biegeradius, dessen Betrag zwischen 40% und 75%, weiter bevorzugt 48% bis 52% der Länge des Kontaktkäfigs entspricht.
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Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen sowie den Figuren und der dazugehörigen Figurenbeschreibung, wobei die Figuren der Zeichnungen folgendes darstellen:
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1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines Kontaktkäfigs einer erfindungsgemäßen Steckverbinderbuchse im nicht zusammengerollten Zustand;
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2 ein Schnitt durch den Kontaktkäfig gemäß 1;
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3 eine Seitenansicht eines zylindrischen Kontaktkäfigs, welcher aus dem in 1 bzw. 2 gezeigten Kontaktkäfig zusammengerollt ist;
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4 eine Aufsicht auf den Kontaktkäfig gemäß 3 mit einer Buchsenhülse;
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5 eine alternative Ausführungsform eines Kontaktkäfigs ähnlich der 1;
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6 eine Schnittansicht durch einen Kontaktkäfig gemäß 5;
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7 eine Seitenansicht des zweiten Ausführungsbeispiels ähnlich der 3;
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8 eine Aufsicht auf den Kontaktkäfig gemäß 7 mit einer Buchsenhülse.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand der beiden Ausführungsbeispiele, die in den 1 bis 4 sowie den 5 bis 8 dargestellt sind, näher erläutert. Gleiche Bezugszeichen weisen auf gleiche funktionelle oder strukturelle Merkmale hin.
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Zunächst wird das erste Ausführungsbeispiel erläutert gemäß den 1 bis 4, wobei in der 4 die erfindungsgemäße Steckverbinderbuchse 1, sowohl die zylindrische Buchsenhülse 2 als auch den in den 1 bis 3 dargestellten Kontaktkäfig 3 aufweist.
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In den 1 bis 3 ist ein Kontaktkäfig 3 dargestellt, der eine Vielzahl von Kontaktlamellen 31 aufweist. In der 1 ist der Kontaktkäfig 3 in seinem flachen Zustand abgebildet, wobei ein solcher Zustand beispielsweise durch Stanzen hergestellt werden kann. Eine alternative Herstellungsmöglichkeit wäre das Laserschweißen aus einem Blech 30.
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Der Kontaktkäfig 3 weist zwei Bundstege 34a, 34b jeweils am Ende der Kontaktlamellen 31 auf. Anders ausgedrückt sind die Kontaktlamellen 31 an ihrem jeweiligen endseitigen Abschnitt mit je einem der Bundstege 34a, 34b verbunden.
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Der Kontaktkäfig 3 wird, wie in der 2 dargestellt, in seinem Mittelabschnitt mit einer Wölbung 33 versehen. Zu erkennen ist, dass die Wölbung 33 in dem flachen Zustand von der linken Längskante bis zur rechten Längskante somit quer über den gesamten Kontaktkäfig 3 ausgebildet ist.
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Mit Vorteil erfolgt die Stanzung in der in 2 dargestellten Stanzrichtung, wodurch ein entsprechend geformtes Werkzeugunterteil mit einem ebenfalls entsprechend geformten Radius vorgesehen wird, gegen den ein Werkzeugoberteil gepresst wird, um den in 2 gezeigten Querschnitt des Kontaktlamellengitters aus 1 zu erhalten. Das Kontaktlamellengitter wird nach Einbringung der in 2 gezeigten Wölbung 33 in die, die in 3 dargestellte zylindrische Kontaktkäfigform gebracht.
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Hierbei greifen seitlich angeformte Nasen 37a in die auf der gegenüberliegenden Seitenkante eingebrachten Ausnehmungen 37b ein. Dies ist deutlich in der Seitenansicht der 3 zu erkennen. Durch eine entsprechende Ausgestaltung kann eine Längsverschiebung des Kontaktkäfigs 3 verhindert werden.
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Wie der 3 zu entnehmen, ist der Kontaktkäfig 3 in einem torsionsfreien und damit torsionsspannungsfreien Zustand.
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Der Kontaktkäfig 3 aus 3 wird in die in 4 gezeigte zylindrische Buchsenhülse 2 eingebracht und liegt mit den beiden Bundstegen 34a, 34b bzw. mit deren Außenseite 35 an der Innenwand 23 der Buchsenhülse 2 an, wobei die Wölbung 33 radial umlaufend in den Aufnahmeraum 20 der Buchsenhülse 2 hineinragt.
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In diesem erfindungsgemäßen Zustand ist der Kontaktkäfig 3 lediglich formschlüssig mit der Buchsenhülse 2 verbunden. Wie in der Detailansicht der 9 näher dargestellt, ist der Rand der Buchsenhülse 2 jeweils an seinen Stirnkanten 21 nach innen umgebördelt, wodurch der Innendurchmesser der Buchsenhülse 2 in diesem Bereich verringert ist, so dass dieser kleiner ist als der Außendurchmesser des Kontaktkäfigs 3 im Bereich der Bundstege 34a, 34b.
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Es ist ferner gezeigt, dass der Abstand zwischen den Außenkanten 35a, 35b der Bundstege 34a, 34b des Kontaktkäfigs 3 ein Abstand zu den Stirnkanten 21 der Buchsenhülse vorgesehen ist, so dass sich der Kontaktkäfig 3 beim Einstecken eines Gegenkontakts, z. B. eines Steckers (nicht dargestellt) in der Länge, d. h. in Erstreckungsrichtung der Kontaktlamellen 31 ausdehnen kann. Hierbei können die Bundstege 34a, 34b, welche nur form-, nicht aber materialschlüssig an der Innenwand 23 der Buchsenhülse 2 anliegen, nach Außen wandern und sich der Kontaktkäfig 3 sozusagen in der Länge strecken. Dies hat besonders vorteilhafte Auswirkungen auf die Steck- und Ziehkräfte.
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Es ist besonders vorteilhaft, dass hierdurch Steckerstifte mit üblichen Fertigungstoleranzen verwendet werden können, die ohne weitere Maßnahmen in den Aufnahmeraum 20 der Steckverbinderbuchse 1 eingesteckt werden können, da der sozusagen schwimmend gelagerte Kontaktkäfig 3 sich entsprechend in der Buchsenhülse 2 bewegen kann.
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Wie insbesondere in der 2 zu erkennen, verläuft die Wölbung 33 in der Mitte, d. h. in dem Mittelabschnitt 34 des Kontaktkäfigs 3.
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Weiter ist zu erkennen, dass die Wölbung 33 im Wesentlichen quer zur Erstreckungsrichtung der Kontaktlamellen 31 verläuft.
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Die Krümmung der Wölbung 33 folgt einem definierten Biegeradius R. Der Biegeradius R ist vorzugsweise so gewählt, dass dessen Betrag zwischen 40% und 75%, weiter bevorzugt zwischen 48% und 52% der Länge des Kontaktkäfigs 3 entspricht. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist z. B. eine Länge des Kontaktkäfigs 3 von ca. 17 mm gewählt. Die Länge der Lamellen beträgt in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel 12,1 mm. Es ist in 2 ferner angedeutet, dass der Krümmungsradius 8,5 mm beträgt. Dies entspricht exakt 50% der Länge des Kontaktkäfigs 3. Weiter bevorzugt wurde ein Verhältnis zwischen Radius und Länge der Kontaktlamellen von 70% gewählt. Es ist allgemein von Vorteil, wenn dieses Verhältnis zwischen 65% und 75% gewählt wird.
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Aus dem resultierenden Maß ergeben sich dann die Breite der Bundstege 34a, 34b, welche an der Innenwand 23 der Buchsenhülse 2 anliegen.
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In den 5 bis 8 ist ein zweites Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt. Der Unterschied besteht darin, dass die Grundform des hergestellten Kontaktlamellengitters, wie in der 5 gezeigt, nicht rechteckig, sondern leicht trapezförmig versetzt ausgeführt ist. Es ist ferner zu erkennen, dass die Kontaktlamellen 31 nicht linear, sondern gemäß einer leichten Krümmungskurve von dem einen Bundsteg 34a zum gegenüberliegenden Bundsteg 34b verlaufen. Die Wölbung 33 ist allerdings vergleichbar wie in dem vorliegenden quer über das gesamte Kontaktlamellengitter ausgebildet.
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In der 7 ist der zu einem zylindrischen Kontaktkäfig 3 gerollte Zustand dargestellt. Allerdings ist der in 7 erhaltene Zustand nicht durch eine Torsion des Kontaktlamellengitters des einen Bundstegs gegenüber dem anderen Bundsteg erhalten, sondern ergibt sich aus der Grundform gemäß der 5 und der in die Grundform der 5 eingeprägte Wölbung 33 der 6.
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Die 8 ist eine Aufsicht auf das zweite Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Steckverbinderbuchse 1, bei dem der aus 7 erhaltene Kontaktkäfig 3 in den Aufnahmeraum 20 der Buchsenhülse 2 eingeführt wurde.
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Die Herstellung der beiden Steckverbinderbuchsen 1 gemäß dem ersten und zweiten Ausführungsbeispiel erfolgt demnach mit den folgenden Verfahrenschritten: Zunächst erfolgt das Herstellen eines Kontaktlamellengitters mit einer Vielzahl von Kontaktlamellen 31 aus einem Blech 30, vorzugsweise durch Stanzen. In einem weiteren Schritt erfolgt das Einbringen der Wölbung 33 im zentralen Mittelabschnitt des Blechs 30 quer über die gesamte Breite des Blechs 30, vorzugsweise durch ein Stanzumformprozess.
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Danach erfolgt das Umformen des mit der Wölbung 33 versehenen Kontaktlamellengitters in eine zylindrische Form, vorzugsweise durch Rollen. Nach dem Umformen erfolgt das Einbringen des gerollten Kontaktkäfigs 3 in den Aufnahmeraum 20 der zylindrischen Hülse 2 und danach das teilweise oder vollständig radial umlaufende Umbördeln der Stirnkanten 21 der Buchsenhülse 2 nach Innen.
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Die Erfindung ist nicht auf die zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern umfasst auch alle Kombinationen von Einzelmerkmalen, die nicht explizit erwähnt wurden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Steckverbinderbuchse
- 2
- Buchsenhülse
- 3
- Kontaktkäfig
- 20
- Aufnahmeraum
- 21
- jeweils erste und zweite endseitige Stirnkante
- 23
- Innenwand
- 30
- Blech
- 31
- Kontaktlamellen
- 33
- Wölbung
- 34
- Mittelabschnitt
- 34a, 34b
- Bundstege
- 35
- Außenseite
- 35a, 35b
- Außenkanten
- 37a
- Nase
- 37b
- Ausnehmung
- R
- Biegeradius
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2002/0187686 A1 [0003]
- US 4657335 A [0004]
- US 2003/0068931 A1 [0005]
- DE 102011105821 B4 [0006]
