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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft einen Elektrischer Steckverbinder.
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Stand der Technik
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Aus dem Stand der Technik sind elektrische Steckverbinder zum Zusammenstecken mit einem Gegensteckverbinder bekannt. Beispielsweise im Automobilbereich bekommen im Zusammenhang mit der zunehmenden Vernetzung und der steigenden Anzahl von Sensoren, z.B. zur Verwirklichung von autonom fahrenden Automobilen, derartige Steckverbinder für Datenübertragungsleitungen, z.B. Ethernet-Verbindungen, zunehmende Bedeutung. Auch werden zunehmend Steckverbinder für die Übertragung hoher elektrischer Ströme von wenigstens 10A eingesetzt.
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Dabei ist es z.B. bei hohen Datenübertragungsraten oder bei hohen Strömen oder bei Steckverbindern, die in der Nähe zu derartigen Leitungen angeordnet sind notwendig, neben geschirmten Leitungssträngen auch die Schirmung in den Bereich der Steckverbindung weiterzuführen und deren Steckverbindergehäuse von einem Blechteil, einem Schirmblech, zu umschließen. Dadurch lässt sich die sogenannte EMV (elektromagnetische Verträglichkeit) verbessern. Mit anderen Worten: eine Beeinflussung von Signalen in einem Kabel spricht nicht auf andere elektrische bzw. elektronische Elemente über und umgekehrt werden Signale in einem Kabel nicht durch elektromagnetische Strahlung anderer Komponenten beeinflusst. Dies gilt auch für Ausführungsformen, bei denen z.B. bei Ethernet-Steckverbindern einzelne Ethernet-Verbindungen in geschirmten Gehäuseteilen in ein größeres Gehäuse einzusetzen sind oder in Systemen, die für die Übertragung hoher Ströme eingesetzt werden.
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Aus der
DE 199 35 994 A1 ist ein elektrischer Steckverbinder zur Herstellung von steckbaren Datenverbindungsleitungen mit einem Schirmblech bekannt.
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Aus der
US 2014 / 0 017 926 A1 ist ein elektrischer Steckverbinder in Form eines RJ45-Steckverbinders bekannt, der mit einer Vorrichtung gegen Signalübersprechen ausgebildet ist.
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Aus der
US 6 666 719 B1 sind Stecker mit einem Gehäuse bekannt, wobei das Gehäuse eine geerdete Schirmung aufweist.
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Aus der
CN 101 465 492 A ist ein geschirmter elektrischer Steckverbinder für hohe Datenübertragungen bekannt.
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Aus der
US 2009 / 0 186 529 A1 ist ein eSATA-Steckverbinder bekannt.
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Offenbarung der Erfindung
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Die Erfindung geht aus von der Erkenntnis, dass es zur Erzielung höherer Vibrationsanforderungen vorteilhaft ist, das Spiel zwischen Steckergehäuse und einer Messerleiste bzw. einem Einzelstecker eines zum Steckverbinder korrespondierenden Gegensteckers zu begrenzen bzw. definiert einzustellen oder ganz herauszunehmen, z.B. mittels einer Presspassung. Dabei kann sich der Fall ergeben, dass - je nach Anwendung - die gleiche Steckverbindung z.B. für hohe oder niedrige Datenübertragungsraten bzw. hohe oder niedrige Ströme eingesetzt werden soll. Durch Weglassen des Schirmblechs für Anwendungen mit niedrigen EMV-Anforderungen kann ein Kostenvorteil erzielt werden. Ein solches Weglassen des Schirmblechs beeinflusst jedoch die Außenkontur des Steckergehäuses, indem es dessen Außenabmessungen reduziert, und hat insofern Einfluss auf das Verhalten in der Schnittstelle.
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Es kann daher ein Bedarf bestehen, einen elektrischen Steckverbinder zum Zusammenstecken mit einem komplementären Gegensteckverbinder bereitzustellen, wobei der Steckverbinder ein Schirmblech aufweist, optional jedoch auch bei geringeren EMV-Anforderungen ohne das Schirmblech verwendbar ist, und der mit einem korrespondierenden Gegensteckverbinder zusammensteckbar ist zu einem Steckverbindersystem. Dabei soll im zusammengesteckten Zustand von Steckverbinder und Gegensteckverbinder ein Spiel bzw. eine Pressung vom Steckergehäuse des Steckverbinders in der Schnittstelle bzw. in einem Gehäuse des Gegensteckverbinders unabhängig von der Verwendung eines Schirmblechs am Steckverbinder sein.
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Vorteile der Erfindung
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Dieser Bedarf kann durch den Gegenstand der vorliegenden Erfindung gemäß dem unabhängigen Anspruch gedeckt werden. Vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
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Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein elektrischer Steckverbinder zum Zusammenstecken mit einem komplementären Gegensteckverbinder vorgeschlagen. Der Steckverbinder ist ausgebildet, mit einem Gegensteckverbinder zusammengesteckt zu werden - dies ergibt dann ein Steckverbindersystem. Der Steckverbinder weist auf:
- -- ein Steckergehäuse zum Aufnehmen wenigstens eines sich entlang einer axialen Richtung erstreckenden elektrischen Kabels ;
- -- ein Schirmblech, welches das Steckergehäuse in einer Umlaufrichtung um die axiale Richtung herum vollständig umschließt.
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Dabei ist vorgesehen, dass das Steckergehäuse an einer Außenfläche ein Spielbegrenzungselement zur Begrenzung eines Spiels im mit dem Gegensteckverbinder zusammengesteckten Zustand aufweist,
wobei das Schirmblech eine Aussparung aufweist,
wobei das Spielbegrenzungselement vom Steckergehäuse abragt und durch die Aussparung des Schirmblechs hindurchragt. Alternativ oder zusätzlich ist vorgesehen, dass das Spielbegrenzungselement als eine Steckergehäuse-Aussparung im Steckergehäuse ausgebildet ist und an die Aussparung angrenzt.
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Durch das Vorsehen des trotz des Schirmblechs zugänglichen Spielbegrenzungselements am Steckergehäuse kann vorteilhaft ein Spiel bzw. eine Pressung vom Steckergehäuse in einem zusammengesteckten Zustand mit einem Gegensteckverbinder (also bei Ausbildung eines Steckverbindersystems aus Steckverbinder und Gegensteckverbinder) unabhängig von der Verwendung eines Schirmblechs gezielt eingestellt und minimiert werden. Wird der Steckverbinder mit Schirmblech verwendet so ist durch die vorgesehene Aussparung im Schirmblech gewährleistet, dass die Schirmwirkung des Schirmblechs nicht wesentlich verringert wird.
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Durch die Möglichkeit, den Steckverbinder auch ohne Schirmblech zu verwenden und dabei trotzdem auch erhöhten mechanischen Belastungen (z.B. Vibrationen oder wechselnden Temperaturen) im mit einem Gegensteckverbinder zusammengesteckten Zustand standzuhalten kann der Steckverbinder vorteilhaft als ein modular verwendbares System besonders kostengünstig und einfach hergestellt werden. Es versteht sich, dass der Steckverbinder auch mit Schirmblech ein definiertes geringes Spiel aufweist im mit dem Gegensteckverbinder zusammengesteckten Zustand.
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Beispielsweise kann die Aussparung im Schirmblech eine Fläche von höchstens 10mm2 oder von höchstens 2mm2 aufweisen oder von höchstens 1mm2 oder von höchstens 0,5mm2oder von höchstens 0,2mm2. Die Aussparung im Schirmblech kann z.B. eine rechteckige oder quadratische Form aufweisen. Sie kann beispielsweise als eine Art Schlitz in dem Schirmblech ausgebildet sein. Die Aussparung kann eine Einführschräge bzw. einen Einführtrichter aufweisen, so dass das Schirmblech bei seiner Montage am Steckergehäuse z.B. auf das Steckergehäuse aufgesteckt werden kann und sich die Aussparung dabei einfach, selbstzentrierend und passgenau um das Spielbegrenzungselement herumlegt.
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Beispielsweise kann das Spielbegrenzungselement als ein Zapfen ausgebildet sein. Dieser kann z.B. mit einer korrespondierenden Aussparung oder Nut eines Gegensteckergehäuses eines Gegensteckverbinders zusammenwirken, z.B. kraftschlüssig oder reibschlüssig in einer solchen Aussparung oder Nut aufgenommen sein. Auch das Zusammenwirken mit einer (präzise tolerierten) Fläche eines Gegensteckergehäuses eines Gegensteckverbinders ist möglich. Auf diese Weise kann ein Spiel in axialer und radialer Richtung sowie in Umlaufrichtung zwischen dem Steckverbinder und dem Gegensteckverbinder im zusammengesteckten Zustand vorteilhaft begrenzt werden.
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Alternativ oder zusätzlich kann bei Ausbildung des Spielbegrenzungselements als eine Steckergehäuse-Aussparung im Steckergehäuse diese Aussparung mit einem korrespondierenden Gegenstecker-Spielbegrenzungselement zusammenwirken, z.B. mit einem Zapfen, der vom Gegensteckergehäuse abragt.
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Grundsätzlich kann das Spielbegrenzungselement sowohl als eine Abragung, z.B. ein Zapfen, als auch als Steckergehäuse-Aussparung ausgebildet sein, wobei Abragung und Aussparung z.B. in Umlaufrichtung betrachtet nebeneinander angeordnet sind und derselben Aussparung im Schirmblech zugeordnet sind. Dadurch kann mit einer korrespondierenden Aussparungs-Abragungs-Kombination an einem Gegensteckergehäuse eine besonders stabile und sichere Spielbegrenzung im zusammengesteckten Zustand bewirkt werden.
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Durch die gezielte Positionierung und Ausgestaltung (z.B. Länge, Breite, Dicke, Form) des Spielbegrenzungselements an dem Steckergehäuse kann darüber hinaus vorteilhaft eine Poka-Yoke-Lösung geschaffen sein, die ein falsches Zusammenstecken von Steckverbinder und Gegensteckverbinder verhindert oder das Zusammenstecken des Steckverbinders mit einem nicht für ihn vorgesehenen Gegensteckverbinder.
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Dadurch, dass der Steckverbinder mindestens ein in dem Steckgehäuse angeordnetes und geschirmtes elektrisches Kabel aufweist wird ein besonders hochleistungsfähiger Steckverbinder bereitgestellt, der gegenüber mechanischen Belastungen (z.B. Vibrationen) besonders robust und wackelkontaktfrei ausgebildet ist und der besonders gut gegen EMV-Einflüsse geschützt ist.
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Der Steckverbinder kann z.B. für die Verwendung zur Übertragung von Datenraten von wenigstens 100Mbit/s oder wenigstens 1GBit/s oder wenigstens 100GBit/s geeignet ausgebildet sein.
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Alternativ oder zusätzlich kann der Steckverbinder z.B. für die Verwendung in Hochstromanwendungen zur Übertragung von elektrischen Strömen von wenigstens 10A oder wenigstens 50A oder sogar von wenigstens 100A geeignet ausgebildet sein.
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Eine Weiterbildung sieht vor, dass das Steckergehäuse an der Außenfläche ein weiteres Spielbegrenzungselement zur Begrenzung eines Spiels im mit dem Gegensteckverbinder zusammengesteckten Zustand aufweist, wobei das Schirmblech eine weitere Aussparung aufweist, wobei das weitere Spielbegrenzungselement vom Steckergehäuse abragt und durch die weitere Aussparung des Schirmblechs hindurchragt
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Alternativ oder zusätzlich ist vorgesehen, dass das weitere Spielbegrenzungselement als eine weitere Steckergehäuse-Aussparung im Steckergehäuse ausgebildet ist und an die weitere Aussparung angrenzt.
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Dadurch wird vorteilhaft die Spielfreiheit noch weiter verbessert. Denn durch das Vorsehen von zwei Spielbegrenzungselementen ist auch ein Spiel zwischen Steckverbinder und Gegensteckverbinder in Form einer Drehung um die axiale Richtung herum, also in Umlaufrichtung, besonders wirksam begrenzt. Dabei ist es unerheblich, ob der Steckverbinder mit oder ohne Schirmblech verwendet wird, da das Spiel durch die Spielbegrenzungselemente eingestellt bzw. begrenzt wird.
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Dadurch, dass das Steckergehäuse aus Kunststoff oder elektrisch nicht leitendem Kunststoff gebildet ist kann der Steckverbinder besonders einfach und kostengünstig hergestellt werden.
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Beispielsweise kann das Steckergehäuse einen Kunststoff, insbesondere zum überwiegenden Teil, umfassen, der gewählt ist aus der Gruppe Polyamid, Polypropylen, Polyethylen, etc.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Spielbegrenzungselement entlang der axialen Richtung betrachtet an einem ersten distalen Ende des Steckergehäuses angeordnet ist, wobei z.B. auch ein weiteres Spielbegrenzungselement an dem ersten distalen Ende angeordnet sein kann. Dadurch wird vorteilhaft bewirkt, dass die Schirmwirkung des Schirmblechs besonders wenig beeinträchtigt wird. Beispielsweise kann dadurch die Schirmung auch von einer weiteren Schirmung des Gegensteckverbinders mit übernommen werden und die Aussparung bzw. die Aussparungen überdecken. Gleichzeitig kann so unmittelbar beim Zusammenstecken mit dem Gegensteckverbinder haptisch festgestellt werden, ob Steckverbinder und Gegensteckverbinder zueinander passen (Poka-Yoke).
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Dadurch, dass das weitere Spielbegrenzungselement in Umlaufrichtung betrachtet um 160° bis 200° relativ zum Spielbegrenzungselement versetzt am Steckergehäuse angeordnet ist wird auch bei nur geringen geometrischen Abmessungen der beiden Spielbegrenzungselemente vorteilhaft eine besonders gute Spielbegrenzung bewirkt, z.B. gegenüber einer Drehung um die axiale Richtung herum oder quer zur axialen Richtung.
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Dadurch, dass die Aussparung des Schirmblechs das Spielbegrenzungselement eng umschließt, wobei z.B. eine weitere Aussparung des Schirmblechs ein weiteres Spielbegrenzungselement eng umschließt wird die Schirmwirkung des Schirmblechs besonders wenig beeinträchtigt.
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Dabei kann die Aussparung des Schirmblechs z.B. höchstens 1mm oder höchstens 0,5mm oder höchstens 0,1mm breiter (in radialer Richtung) und/oder höher (in axialer Richtung) ausgebildet sein als die Abmessungen des Spielbegrenzungselements. Dies gilt analog für die weitere Aussparung relativ zu den Abmessungen des weiteren Spielbegrenzungselements.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Schirmblech an einem dem ersten distalen Ende gegenüberliegenden zweiten distalen Ende wenigstens eine dritte Aussparung aufweist zur Aufnahme eines Gegenstecker-Spielbegrenzungselements eines mit dem Steckverbinder verbindbaren Gegensteckers. Dadurch wird vorteilhaft eine besonders gute Spielbegrenzung und eine besonders hohe Robustheit gegen Vibrationen bewirkt.
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Insbesondere lässt sich dadurch ein Spiel gegenüber Kippbewegungen im zusammengesteckten Zustand vorteilhaft verringern. Dies gilt sowohl mit montiertem Schirmblech als auch ohne montiertes Schirmblech.
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Es ist grundsätzlich auch möglich, dass das Schirmblech an dem zweiten distalen Ende auch eine vierte Aussparung aufweist zur Aufnahme eines weiteren Gegenstecker-Spielbegrenzungselements eines mit dem Steckverbinder verbindbaren Gegensteckers. Diese vierte Aussparung und das weitere Gegenstecker-Spielbegrenzungselement können in Umlaufrichtung betrachtet z.B. um 160° bis 200° versetzt angeordnet sein gegenüber der dritten Aussparung und dem Gegenstecker-Spielbegrenzungselement.
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Figurenliste
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Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden dem Fachmann aus der nachfolgenden Beschreibung einer beispielhaften Ausführungsform, die jedoch nicht als die Erfindung beschränkend auszulegen ist, unter Bezugnahme auf die beigelegte Zeichnung ersichtlich.
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Es zeigt
- 1: eine schematische perspektivische Darstellung eines elektrischen Steckverbinders.
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1 zeigt beispielhaft einen elektrischen Steckverbinder 10 zur Herstellung von steckbaren Datenverbindungsleitungen. Der Steckverbinder 10 weist ein - hier zweipoliges - Steckergehäuse 1 auf. Das Steckergehäuse 1 weist hier - lediglich beispielhaft - eine im Wesentlichen rechteckige Querschnittsfläche auf. Jedoch sind auch runde, elliptische, sechseckige oder andere Querschnittsformen denkbar.
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Der Steckverbinder 10 ist ausgebildet, mit einem hier nicht dargestellten Gegensteckverbinder zu einem Steckverbindersystem zusammengesteckt bzw. montiert zu werden.
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Eine Montagerichtung, in welcher der Steckverbinder 10 mit dem nicht dargestellten Gegensteckverbinder zu einem Steckverbindersystem zusammengesteckt wird, ist mit dem in der axialen Richtung A verlaufenden Pfeil dargestellt. Somit würde der Gegensteckverbinder in der Figur unterhalb des Steckverbinders 10 angeordnet sein und es können z.B. Pins bzw. Kontaktmesser des Gegensteckverbinders von unten (in der Zeichnung) in nicht dargestellte Kontaktieröffnungen in den Steckverbinder 10 bzw. in das Steckergehäuse 1 eingesteckt werden.
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Eine Umlaufrichtung U umläuft die axiale Richtung A. Eine radiale Richtung R erstreckt sich quer zur axialen Richtung A.
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In dem Steckergehäuse 1 sind zwei elektrische Kabel 30 angeordnet, die in der Figur ausgehend vom Steckergehäuse 1 nach oben verlaufen. Jedes der beiden Kabel 30 weist eine elektrisch leitende Ader 31, eine Isolierung 32 und optional eine die Isolierung 31 umgebende (Einzelader-)Schirmung 33 auf, wie sie z.B. in herkömmlichen Ethernet-Steckern mit angeschlossenem Ethernet-Kabel zu finden ist. In der dargestellten Figur ist das Kabel 30 mit (Einzelader-)Schirmung 33 dargestellt. Die Schirmung ist weiterhin von einer Außenisolierung 34 umgeben.
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Der Steckverbinder 10 weist weiterhin ein Schirmblech 2 auf, welches das Steckergehäuse 1 in der Umlaufrichtung U vollständig umschließt, d.h.: umlaufend bzw. ringförmig umschließt. Die (Einzelader-)Schirmung 33 ist mit dem Schirmblech 2 elektrisch leitend verbunden (hier nicht dargestellt).
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Das Steckergehäuse 1 weist an einem ersten distalen Ende 7 (in der Figur oben) an einer Außenfläche 1a ein Spielbegrenzungselement 5 sowie ein weiteres Spielbegrenzungselement 6 zur Begrenzung eines Spiels im mit einem Gegensteckverbinder (nicht dargestellt) zusammengesteckten Zustand auf. Die beiden Spielbegrenzungselemente 5, 6 sind hier als Zapfen 5a und weiterer Zapfen 6a ausgebildet. Sie sind in Umlaufrichtung U betrachtet um ungefähr 180° zueinander auf der Außenfläche 1a des Steckergehäuses 1 versetzt angeordnet.
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Auf einer Stirnfläche 3 bzw. der Außenfläche 1a des Steckergehäuses 1 weist das Schirmblech 2 an dem ersten distalen Ende 7 (in der Figur oben) eine Aussparung 4a und eine weitere Aussparung 4b auf.
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Das Spielbegrenzungselement 5 und das weitere Spielbegrenzungselement 6 ragen hier vom Steckergehäuse 1 ab und ragen durch die Aussparung 4a bzw. durch die weitere Aussparung 4b des Schirmblechs 2 hindurch.
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Die durch die Aussparung 4a und die weitere Aussparung 4b hindurchragenden beiden Spielbegrenzungselemente 5, 6 ermöglichen es, das Spiel bzw. die Verpressung zwischen Steckergehäuse 1 und einem korrespondierenden Gegensteckergehäuse (nicht dargestellt) unabhängig vom Vorhandensein des Schirmblechs 2 einzustellen. Mit anderen Worten: bei dem vorgestellten Steckverbinder 10 könnte bei geringeren Anforderungen an die EMV auch auf das Schirmblech 2 um das Steckergehäuse 2 verzichtet werden. Dadurch würden dann aber der Außenabmessungen des Steckverbinders reduziert, wodurch ohne die Spielbegrenzungselemente 5, 6 im zusammengesteckten Zustand mit dem Gegensteckverbinder evtl. zuviel Spiel entstehen würde. Der dargestellte Steckverbinder 10 weist jedoch stets nur ein geringes Spiel im zusammengesteckten Zustand auf und kann daher modular mit oder ohne Schirmblech 2 eingesetzt werden.
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Nach diesem Prinzip können am Steckergehäuse 1 auch an einem zweiten distalen Ende 8, welches vom ersten distalen Ende 7 abgewandt ist, entsprechende Spielbegrenzungselemente angebracht werden, um Spiel bzw. Pressung senkrecht zur axialen Richtung A, in axialer Richtung A und in Umlaufrichtung U einzustellen. Dabei können alle Spielbegrenzungselemente vom Steckergehäuse 1 abragen (z.B. als Zapfen) und/oder als Steckergehäuse-Aussparung ausgebildet sein, in welche ein abragendes Element des Gegensteckergehäuses aufgenommen werden kann.
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Am zweiten distalen Ende 8 ist im Schirmblech 2 eine dritte Aussparung 4c ausgebildet, hinter der sich in radialer Richtung R betrachtet hier ein drittes Spielbegrenzungselement (ohne Bezugszeichen) befindet, welches als Steckergehäuse-Aussparung ausgebildet ist. In gleicher Weise ist am zweiten distalen Ende 8 im Schirmblech 2 um 180° in Umlaufrichtung U betrachtet zur dritten Aussparung 4c versetzt eine vierte Aussparung 4d angeordnet. Korrespondierend dazu befindet sich in radialer Richtung R betrachtet dahinter ein viertes Spielbegrenzungselement (ohne Bezugszeichen), welches als Steckergehäuse-Aussparung ausgebildet ist.
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Die Aussparungen 4a, 4b, 4c, 4d des Schirmblechs 2 im Ausführungsbeispiel sind im Wesentlichem rechteckig bzw. quadratisch ausgeführt. Sie sind hier - lediglich beispielhaft - an den distalen Enden 7, 8 als Schlitze in das Schirmblech 2 eingebracht. Sie weisen bevorzugt jeweils eine Fläche von höchstens 10mm2 oder von höchstens 2mm2, bevorzugt höchstens 1mm2 und ganz besonders bevorzugt von höchstens 0,5mm2 oder sogar höchstens 0,2mm2 auf, so dass die Schirmwirkung des Schirmblechs 2 nicht beeinträchtigt wird.
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Der Steckverbinder 10 ist z.B. zur Verwendung zur störungsfreien Übertragung von Datenraten von wenigstens 100Mbit/s, bevorzugt von wenigstens 1GBit/s und ganz besonders bevorzugt von wenigstens 100GBit/s geeignet ausgebildet.
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Alternativ oder zusätzlich kann der Steckverbinder 10 z.B. für die Verwendung in Hochstromanwendungen zur Übertragung von elektrischen Strömen von wenigstens 10A oder wenigstens 50A oder wenigstens 100A geeignet ausgebildet sein. In einer solchen Anwendung kann die elektrisch leitende Ader 31 des elektrischen Kabels 30 z.B. einen Querschnitt von wenigstens 1mm2 oder wenigstens 10mm2 oder wenigstens 50mm2 aufweisen.
