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Die Erfindung betrifft eine Steckverbindung zur Übertragung elektrischer Energie durch lösbare Kontaktierung, aufweisend wenigstens einen Steckkontaktpin und wenigstens eine Kontaktbuchse, wobei die wenigstens eine Kontaktbuchse in einem Steckverbindergehäuse aufgenommen ist und das Steckverbindergehäuse mit einem relativ dazu bewegbaren Schieber zusammenwirkt, sodass die Steckverbindungspartner in gesteckter und sekundärverriegelter Kontaktierungslage eingehaust sind.
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Zur Kontaktierung oder Herstellung lösbarer elektrisch leitender Verbindungen werden Steckverbindungen, Kontaktierungselemente, Polverbinder, Steckhülsen usw. in unterschiedlichsten Ausbildungen und Varianten eingesetzt. Insbesondere, aber nicht ausschließlich bei elektrischen Kontaktierungsaufgaben im höheren Leistungsbereich sind Kontaktsysteme entwickelt worden, die auf Rundkontaktgeometrien zur Aufnahme eines Kontaktpins, Steckkontaktpins, Steckbolzens, Kontaktstifts, Massebolzens basieren und deren Ausgangsmaterial aus einem flächigen Kontaktgitter besteht, das mit hyperbolischem Drall in die Rundkontaktgeometrie gebracht wird. Diese als RADSOK bekannt gewordenen Kontaktsysteme zeichnen sich durch robuste und hochdichte Kontaktherstellung infolge der erheblichen Kontaktfläche zum jeweiligen Kontaktpin aus. Alternativ sind anstelle der hyperbolischen Verdrehsituation nach innen gerichtete Lamellengeometrien bekannt, dessen Lamellenkontaktgitter radialsymmetrisch ausgerichtet ist.
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Diese vorzugsweise als Hochstromkontaktbuchsen verwendeten Kontaktgeometrien sind als Radialkontaktbuchsen oder hyperbolische Kontaktbuchsen, Buchsenkontakte bekannt.
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RADSOK-Kontaktsysteme der vorgenannten Art werden über ihre in der Regel zylindrischen Außenkonturen in Steckverbinderbuchsenhülsen aufgenommen und realisieren die weiterführende Kontaktierung außenseitig über die Zylinderflächen. Kontaktsysteme dieser Bauart sind üblicherweise gebildet aus wenigstens einer Lamellenbuchse, Kontaktbuchse, Buchsenkontakt und wenigstens einem Steckkontaktpin, Steckbolzen, Kontaktstift.
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Der Kontaktierungspartner der Kontaktbuchse ist in der Regel ein Steckkontaktpin, Steckbolzen, Kontaktstift mit zu der Lamellenbuchse steckkompatibler Geometrie. Da die Außenfläche des Kontaktstiftes Funktionsfläche zur Lamellenhülse ist, kann er nicht bzw. nicht direkt eingehaust oder in einem Gehäuse aufgenommen sein.
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Um die Steckverbindung bestehend aus Lamellenbuchse und Kontaktstift in ihrer gesteckten, stromkontaktierenden Position zu sichern, sind verschiedene Arretiervorrichtungen, Positionierungsmaßnahmen, die sogenannte Sekundärverriegelung, in kraft- und/oder formschlüssiger Weise konstruiert worden. Gleiches gilt für Einhausungsmaßnahmen, Abdichtungsaufgaben, Korrosionsschutz und diversen weiteren, je nach Einsatzzwecke auftretenden Anforderungen.
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Einhausungen der Steckverbindung und/oder seiner Steckverbindungspartner dienen häufig dem Berührschutz. Beispielsweise die
DE 10 2012 105 771 A1 offenbart einen Stecker mit einer Kontaktbuchse, der Schutz gegen Berührung sowie das Eintreten von Schmutz und Wasser anstrebt. Dazu wird vorgeschlagen, die Einführöffnung der Kontaktbuchse mit einem verschwenkbaren Blendenelement zu verschließen. Durch das Verschwenken des Blendenelements wird der in der Kontaktbuchse angeordnete Buchsenkontakt vollständig freigegeben, so dass der Stiftkontakt in den Buchsenkontakt eingeführt werden kann. Die Schutzabdeckung ist ein verschwenkbar gelagertes Blendenelement mit einer zugeordneten Feder, sodass das Blendenelement durch die Feder in einer Schließposition gehalten wird, in der es eine Einführöffnung der Kontaktbuchse verschließt und das Blendenelement durch das Einschieben eines Stiftkontaktes gegen die Kraft der Feder in eine Einführposition verschwenkt wird, in der es die Einführöffnung freigibt.
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Die
WO 03/047047 A1 schlägt eine Lösung für die Arretieraufgabe vor, die unterschiedliche Steckkräfte zum Verbinden und Lösen des Steckers zur Kontaktbuchse beinhaltet. In einem als Gehäuse ausgebildeten Buchsenelementes, Einhausung der Steckverbindung ist eine Bohrung mit einer Nut eingebracht, die auf einer Innenfläche der Bohrung angeordnet ist. Die Bohrung stellt eine Schulter zwischen einem Nutgrund und einer Bohrung her. In der Nut ist eine Flachfeder zur Definition eines Federhohlraums zwischen der Flachfeder und der Schulter und einer kreisförmig geneigten Windung angeordnet. Eine weitere, schrauben- oder spiralförmige Feder ist im Federhohlraum angeordnet. Der Kontaktpin ist mit einem konischen Ende derart ausgebildet, dass er mit der Federkombination zusammenwirkt und in die Anordnung ein- und ausschiebbar ist. Bei der Einschiebbewegung ist die Kraft zu überwinden, die die schraubenförmige Feder zu deren elastischer Verformung für die Freigabe der Bohrung erfordert, bei der Ausschiebbewegung sind die Elemente der Flachfeder zu verformen.
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Um Steckverbindungen kontaktierungssicher zu gestalten und die gesteckte Verbindung ohne Werkzeugeinsatz lösen zu können, schlägt die
DE 10 2005 016 265 A1 eine Steckverbindung mit einem Stecker und einer Buchse vor, wobei der Stecker im gesteckten Zustand mit der Buchse verrastet. Dazu ist eine Verrastung am Umfang des Steckers bzw. der Buchse angebracht. Die Verrastung lässt sich vorzugsweise durch Einsatz eines Werkzeugs lösen und die Buchse und der Stecker lassen sich dann voneinander trennen. Bei der Verrastung besteht die Gefahr der Zerstörung bei mechanischer Belastung und zwar speziell im Zusammenhang mit tiefen Temperaturen.
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Das Buchsenelement in Form einer Lamellenbuchse weist einen Buchsenkörper auf. Der Buchsenkörper besitzt einen kreiszylinderförmigen Steckeraufnahmeraum und einen Leiteraufnahmeraum. Der Steckeraufnahmeraum weist einen inneren Steckeraufnahmeraum und einen äußeren Steckeraufnahmeraum auf. Der innere Steckeraufnahmeraum besitzt einen kleineren Durchmesser als der äußere Steckeraufnahmeraum. Der äußere Steckeraufnahmeraum hat somit einen größeren Durchmesser als der innere Steckeraufnahmeraum. Am Übergang vom äußeren Steckeraufnahmeraum mit dem größeren Durchmesser zu dem inneren Steckeraufnahmeraum mit dem kleineren Durchmesser ist ein Anschlag ausgebildet. Der Anschlag ist durch die Reduktion des Durchmessers realisiert.
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Am Außenumfang des Buchsenkörpers sind Rastmittel angeordnet. Die Rastmittel sind außen am Buchsenkörper im Bereich des innen im Buchsenkörper angeordneten Anschlags angeordnet. Der Leiteraufnahmeraum dient zur Aufnahme eines Leiters mit dem das Buchsenelement mit einem Stromkreis verbunden werden kann. In dem äußeren Steckeraufnahmeraum ist anschließend an den Anschlag ein Rastelement vorgesehen. An das Rastelement schließt sich, auf der dem Anschlag gegenüberliegenden Seite, vorzugsweise ein Zwischenraum an. Anschließend an den vorhandenen Zwischenraum befindet sich in dem äußeren Steckeraufnahmeraum eine Kontaktbuchse. Die Kontaktbuchse schließt nach außen mit dem Buchsenkörper, vorzugsweise bündig, ab. Die Kontaktbuchse ist elektrisch leitend mit dem Buchsenkörper des Buchsenelementes verbunden. Dadurch wird eine elektrisch leitende Verbindung von der Kontaktbuchse zu dem im Leiteraufnahmeraum angeordneten Leiter hergestellt.
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Die Kontaktbuchse ist im äußeren Steckeraufnahmeraum durch Einpressen befestigt. Der Zwischenraum dient zur Toleranzaufnahme, so dass sichergestellt ist, dass das Rastelement noch genügend Spiel hat, wenn das Buchsenelement zusammengebaut ist. Der Außendurchmesser des Rastelements ist etwas kleiner als der Innendurchmesser äußeren Steckeraufnahmeraums.
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Beim Zusammenbau des Buchsenelementes lässt sich dadurch das Rastelement in den äußeren Steckeraufnahmeraum einbringen. Der Buchsenkörper ist ein Drehteil mit zylindrischer Form sowie einem zylindrischen Steckeraufnahmeraum und einen zylindrischen Leiteraufnahmeraum. Die Kontaktbuchse ist eine zylindrische RADSOK-Buchse. Dabei bilden im Inneren der Kontaktbuchse gelegene einzelne Kontaktflächen zylindrische Kontaktflächenmittel. Das Rastelement ist eine Scheibe aus thermoplastischem Material, insbesondere Kunststoffmaterial. Das Rastelement kann auch aus gebogenem Draht oder auch einer geeignet geschlitzten Metallscheibe hergestellt sein. Das Rastelement weist eine Aussparung in Form eines Loches auf.
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Der Kontaktstift weist einen ersten Abschnitt mit einem ersten Durchmesser auf. An den ersten Abschnitt schließt sich ein zweiter Abschnitt mit einem zweiten Durchmesser an. Der zweite Durchmesser ist kleiner als der erste Durchmesser. An den zweiten Abschnitt schließt sich ein dritter Abschnitt an. Anschließend an den zweiten Abschnitt weist der dritte Abschnitt Rastmittel auf. Der dritte Abschnitt weist zum zweiten Abschnitt hin einen Durchmesser auf, der größer ist als der erste Durchmesser, aber kleiner bzw. maximal gleich dem ersten Durchmesser ist. Mit zunehmender Entfernung von dem zweiten Abschnitt bzw. den Rastmitteln nimmt der Durchmesser des dritten Abschnitts ab, d. h. der dritte Abschnitt ist konisch ausgebildet. Die Oberfläche des ersten Abschnitts bildet eine Kontaktfläche des Kontaktstifts.
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Viele der bekannten Steckverbindungslösungen sind auf eine Anforderung hin optimiert und konditioniert. Nachteilig bei den meisten Lösungen ist, dass beide Steckverbindungspartner ein Gehäuse aufweisen müssen und dadurch aufwändig und kostenintensiv sind. Weiterhin sind durch Funktionsflächen der Steckverbindung sowohl in der Kontaktbuchse als auch in dem Steckkontaktpin komplexe geometrische Formen in beiden Steckkontaktpartnern erforderlich.
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Neben den bereits genannten Anforderungen und Funktionen kann es für eine Steckverbindung besonders wichtig sein, dass die lösbare Steckverbindung nur in der arretierten, gesicherten oder verriegelten Endposition die elektrische Kontaktierung herstellt bzw. realisiert. Diese Anforderung, Funktion kann wichtig sein, um zu verhindern, dass sich Schäden an den zu kontaktierenden elektrischen Bauteilen, Lichtbogenbildung oder eine unzuverlässige Kontaktierung ergeben.
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Aufgabe der Erfindung ist es, die bestehenden Steckkontaktverbindungen, Steckverbindung, Steckkontaktsystem, Kontaktsystem weiterzuentwickeln und die bestehenden Nachteile wenigstens teilweise zu reduzieren. Insbesondere soll eine Steckverbindung geschaffen werden, welche die elektrische Kontaktierung der Steckverbindungspartner vor Erreichen der Arretierungsposition, Verriegelungsposition ausschließt.
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Zur Lösung der Aufgabe schlägt die Erfindung die Konzeption eines einpoligen elektrischen Steckkontakts in der Form vor, dass beim Stecken einer Kontaktbuchse, Lamellenbuchse, Buchsenkontakt auf einen Kontaktpin, Steckkontaktpin, Steckbolzen, Kontaktstift ohne Gehäuse oder anderweitiger umgebender Geometrien, diese bei Nichterreichen der Arretierungs-, (Sekundär-) Verriegelungsposition wieder vom Kontaktstift getrennt und eine elektrische Kontaktierung nicht erfolgt bzw. wieder getrennt wird. Die Arretierungs-, Verriegelungsposition entspricht häufig, aber nicht zwangsläufig der Endposition der Steckverbindungspartner. Die Erfindung erkennt, dass durch die Integration der Rast- und Stützgeometrien, vorzugsweise in den Kontaktstift und/oder eine Integration der Einhausungselemente auf Seiten einer vorzugsweise gefederten Kontaktbuchse geeignet ist, die elektrische Kontaktierung außerhalb der Arretierungsposition zu verhindern.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines exemplarischen Ausführungsbeispiels, bei dem der Steckkontaktpin als Masseanschluss ausgeführt ist, in Verbindung mit den Figuren näher erläutert. Dabei zeigen:
- 1 die Schnitt-Vorderansicht auf die Steckverbindung mit einem als Masseanschluss ausgebildeten Steckbolzen und dem Kontaktierungspartner in Form einer Lamellenbuchse in der Relativposition zueinander vor dem Steckprozess;
- 2 die Schnitt-Vorderansicht auf die Steckverbindung mit einem als Masseanschluss ausgebildeten Steckbolzen und dem Kontaktierungspartner in Form einer Lamellenbuchse in einer teilweise gesteckten Situation;
- 3 die Schnitt-Vorderansicht auf die Steckverbindung mit einem als Masseanschluss ausgebildeten Steckbolzen und dem Kontaktierungspartner in Form einer Lamellenbuchse in gesteckter Situation;
- 4 die Schnitt-Vorderansicht auf die Steckverbindung mit einem als Masseanschluss ausgebildeten Steckbolzen und dem Kontaktierungspartner in Form einer Lamellenbuchse in gesteckter und arretierter, sekundärverriegelter Situation.
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1 zeigt die Schnitt-Vorderansicht auf die Steckverbindung 100 mit einem als Masseanschluss ausgebildeten Steckbolzen 10 und dem Kontaktierungspartner in Form einer Lamellenbuchse 20 in der Relativposition zueinander vor dem Steckprozess. Die Lage des Kontaktstiftes 10 fluchtend und lotrecht zu der Kontaktbuchse 20 ist die Positionierung vor dem Steckprozess, d. h. die Kontaktpartner sind (noch) nicht in Eingriff. Die Montageeinheit, bestehend wenigstens aus dem Schieber 110, dem Buchsengehäuse 120 und darin aufgenommen dem Buchsenkontakt 20 sowie der Feder 101 ist über dem Steckbolzen 10 in Steckposition gebracht.
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Die Feder 101 ist als Schraubenfeder, Druckfeder ausgebildet und entsprechend vorgespannt, sodass der Schieber 110 in der gezeigten Position in eine Endlage relativ zu dem Buchsengehäuse 120 und gegen den Anschlag, gebildet aus wenigstens einem Absatz 112 und wenigstens einem Vorsprung 122, verschoben ist.
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Der Schieber 110 stützt sich in dieser Positionierungssituation kraftschlüssig ab mit seinem wenigstens einen Stützhaken 111 gegen den Konus 11 und/oder die Fase 12 des Kontaktstiftes 10, sodass die Montageeinheit bestehend wenigstens aus dem Schieber 110, dem Buchsengehäuse 120 und darin aufgenommen dem Buchsenkontakt 20 sowie der Feder 101 gegenüber dem Steckbolzen 10 in definierter Lage angeordnet ist. Gleichfalls ist die Abstützung des wenigstens einen Stützhakens 111 kraftflussrelevant für die Stauchung der Feder 101, da sie als Widerlager der Feder 101 hinsichtlich der Bewegungskraft und dem relativen Bewegungsweg des Gehäuses 120 fungiert.
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Die Weiterführung der elektrischen Kontaktierung zu einer Spannungsquelle, einem elektrischen Verbraucher oder einem Masseanschluss, Erdungsanschluss kann über einen Deckel 130 erfolgen. Dazu ist der Buchsengehäusedeckel 130 mit Kontaktierungsmitteln für die Lamellenkontaktbuchse 20 ausgestattet, die wenigstens bereichsweise die äußere Kontur der Lamellenkontaktbuchse 20 umfassen.
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Kontaktstiftseitig, d. h. auf der Steckerseite der Steckverbindung 100 sind sämtliche Rast- und Stützgeometrien 11,12, in den Kontaktstift 10 selbst integriert, es gibt keine umgebende zusätzliche Geometrie in Form eines Kontaktstiftgehäuses oder ähnlichem, in dem diese Funktionen untergebracht sind. 1 zeigt einen freistehenden, beispielsweise an eine Fahrzeugkarosserie aufgeschweißten Massebolzen 10.
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2 umfasst die Schnitt-Vorderansicht auf die Steckverbindung 100 mit einem als Masseanschluss ausgebildeten Steckbolzen 10 und dem Kontaktierungspartner in Form einer Lamellenbuchse 20 in einer teilweise gesteckten Situation. Teilweise gesteckt ist die Steckverbindung 100 dadurch, dass der Steckweg des Steckbolzens 10 hinein in die Lamellenkontaktbuchse 20 (noch) nicht vollständig bis zu seiner Endlage in der Kontaktbuchse 20 erfolgt ist. Vorzugsweise ist die Endlage nach dem maximal möglichen Steckweg erreicht und in der Endlage ist vorzugsweise auch die Arretierung, Sekundärverriegelung implementiert.
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Der Betrag des Teilsteckweges, dargestellt in 2, entspricht der Strecke, die der Steckbolzen 10 in die Lamellenkontaktbuchse 20 eingeschoben ist. Der Schieber 110 ist mit der Steckbewegung und entgegen der Federkraft der Feder 101 relativ zum Gehäuse 120 axial verschoben. Der wenigstens eine Rasthaken 121 liegt in dieser Stecksituation mit einer Hakenschräge 121' an der Fase 12 des Konus 11 an. Die Hakenschräge 121' und die Fase 12 sind hinsichtlich ihrer Schräge aufeinander abgestimmt derart, dass die Auslenkung des Rasthakens 121 bei weiterem Steckweg in Richtung Endlage des Steckbolzens 10 in die Lamellenkontaktbuchse 20 unterstützt ist. Dazu ist es erforderlich, dass der Anstellwinkel der Hakenschräge 121' klein genug bezogen auf die Axiallinie ist, sodass eine Selbsthemmung der Schrägfläche an der Fase 12 zuverlässig ausgeschlossen ist. Üblicherweise und abhängig von der Oberflächenbeschaffenheit, Glattheit der relativ zueinander bewegten Flächen ist ein Schrägwinkel kleiner 45° möglich.
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Wird der Steckvorgang, beispielsweise in der in 2 gezeigten Situation, abgebrochen, dadurch, dass die äußere Steckkraft zur Überwindung, weitere Stauchung der Feder 101 entgegen ihrer bereits erreicht Federvorspannung nicht mehr ausgeübt wird, ist die Folge, dass die Steckverbindung und die Kontaktierungssituation beendet wird. Die Feder 101 schiebt infolge der gespeicherten Federkraft, erreichten Vorspannung und über die Kraftflussabstützung des wenigstens einen Stützhakens 111 an der Fase 12 des Konus 11 das Gehäuse 120 mit Lamellenbuchse 20 in axialer Richtung hinaus aus der Kontaktierungslage.
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3 zeigt die Schnitt-Vorderansicht auf die Steckverbindung 100 mit Steckbolzen 10 und dem Kontaktierungspartner in Form einer Lamellenbuchse 20 in gesteckter Situation in Endlage. Dabei ist der Kontaktpin 10 um den maximal möglichen Einsteckweg in die Kontaktbuchse 20 eingeschoben. Die Feder 101 ist gestaucht bis in auf Block-Nähe, das Gehäuse 120 ist maximal in den Schieber 110 eingefahren und liegt stirnseitig am Schieberboden an.
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Der wenigstens eine Stützhaken 111 des Schiebers 110 befindet sich in einer teilweise ausgelenkten Situation, welche durch die Innenhülse 123 des Gehäuses 120 in Abhängigkeit des Einschiebeweges des Steckbolzens 10 in die Lamellenbuchse 20 bewirkt wird. Der Stützhaken 111 ist in der gezeigten Auslenksituation (noch) in der Funktion des Widerlagers für die Feder 101 und hält den Schieber 110 in der Position, in der er das Gehäuse 120, soweit geometrisch möglich, aufnimmt, umfasst.
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Die Arretierfunktion, d. h. die Sekundärverriegelung der Steckverbindung 100 wird gemäß diesem Ausführungsbeispiel in Endlage erreicht und dadurch bewirkt, dass der der Rasthaken 121 in Steckrichtung gesehen hinter dem Konus 11 an seiner Konusfläche 11' angreift und das Gehäuse 120 lösbar kraftschlüssig haltert.
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4 illustriert die Schnitt-Vorderansicht auf die Steckverbindung 100 mit einem als Masseanschluss ausgebildeten Steckbolzen 10 und dem Kontaktierungspartner in Form einer Lamellenbuchse 20 in gesteckter und arretierter, sekundärverriegelter Situation. Mit der Auslenkung des wenigstens einen Stützhakens 111 hinaus aus seiner Stützlage an und gegen den Konus 11 und/oder die Fase 12 des Kontaktstiftes 10 und infolge dessen hinaus aus seiner Widerlagerfunktion, wird der Schieber 110 durch die vorgespannte Feder 101 axial und relativ zum Gehäuse 120 verschoben, sodass der bis dahin noch freiliegende Teil des Steckbolzens 10 eingehaust wird. Vorzugsweise wird die Schieberendlage durch einen Anschlag definiert, gezeigt ist die Anlage an ein Fahrzeugkarosserieteil. Auch möglich ist ein Anschlag am Gehäuse 120 der Steckverbindung.
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Federrestvorspannung sowie die Längenverhältnisse von Gehäuse 120 und Schieber 110 in Axialrichtung sind derart aufeinander abgestimmt, dass das Steckkontaktsystem 100 in sekundärverriegelter Endlage spannungsarm ist.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Kontaktpin, Steckkontaktpin, Steckbolzen, Kontaktstift, Massebolzen
- 11
- Konus, Rastgeometrie
- 11'
- Konusfläche, Rastfläche
- 12
- Fase, Stützgeometrie
- 20
- Kontaktbuchse, Lamellenbuchse, Buchsenkontakt
- 21
- Aufnahmeraum für Steckkontaktpin
- 100
- Steckverbindung, Steckkontaktsystem, Kontaktsystem
- 101
- Feder
- 110
- Schieber
- 111
- Stützhaken
- 112
- Absatz
- 120
- Buchsengehäuse, Steckverbindergehäuse, Gehäuse
- 121
- Rasthaken
- 121'
- Hakenschräge
- 122
- Vorsprung
- 123
- Innenhülse
- 130
- Deckel, Buchsengehäusedeckel
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102012105771 A1 [0007]
- WO 03/047047 A1 [0008]
- DE 102005016265 A1 [0009]
