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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft ein Kontaktelement
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Stand der Technik
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Im Gebiet der Steckverbinder, z.B. in der Automobilindustrie, wird kundenseitig eine ergonomische Handhabung von Steckverbindern, insbesondere hinsichtlich der maximalen Betätigungskräfte für den Aufsteckvorgang, erwartet. Die Steckkräfte sollen immer geringer werden. Andererseits erhöhen sich die Polzahlen der Steckverbinder für viele Anwendungen aufgrund höherer Funktionalität, was zu höheren (Direkt)Steckkräften führt. Ein Ansatz, um diesen Zielkonflikt zu lösen, sind Steckverbinder, bei denen die Pins zunächst kraftfrei in die Buchsenkontakte eingeführt werden, und die benötigte Anpresskraft der Kontaktlamellen erst gegen Ende des Einsteckvorgangs oder in einem zweiten Schritt aufgebracht wird. Dadurch kann insbesondere die starke Kraftüberhöhung beim Aufsteckvorgang (Aufschnäbelpeak) vermieden werden.
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Aus der
DE 10 2005 062 889 A1 ist ein Steckverbinder bekannt, der ein Kontaktelement aufweist, wobei am Kontaktelement Kontaktlamellen zur elektrischen Kontaktierung eines in das Kontaktelement einsteckbaren Gegenkontaktelements vorgesehen sind. Hierbei wird die Anpresskraft bzw. Kontaktkraft der Kontaktlamellen auf ein eingestecktes Gegenkontaktelement erst am Ende des Steckwegs des Gegenkontaktelements in den Steckverbinder bzw. in das Kontaktelement erzeugt, indem ein an einem Gehäuse des Steckverbinders angeordnetes Kunststoffelement relativ zum Gehäuse verlagert wird.
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Aus der
DE 10 2013 225 513 A1 ist eine Anordnung zur elektrischen Kontaktierung und Steckverbindung bekannt.
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Aus der
EP 1 764 875 A1 ist ein Elektrischer Steckverbinder mit vorgespannten Kontaktlamellen bekannt.
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Aus der
EP 1 764 874 B1 ist ein Elektrischer Steckverbinder mit einer vorgespannten Kontaktlamelle bekannt.
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Aus der
US 9 160 082 B2 ist ein Buchsenkontakt für einen Nullkraft-Steckverbinder bekannt.
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Offenbarung der Erfindung
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Die Erfindung geht aus von der Erkenntnis, dass aufgrund beengter Platzverhältnisse und zunehmender Anzahl von stromführenden und/oder signalführenden Leitungen die Abmessungen von Steckverbindern immer geringer werden sollen und hohe Anforderungen an die Kontaktkraft zwischen Kontaktelement und eingestecktem Gegenkontaktelement über Lebensdauer bestehen. Mit anderen Worten: die einmal eingestellte Kontaktkraft soll über Lebensdauer und unter den verschiedenen Betriebsbedingungen möglichst konstant bleiben.
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Gleichzeitig hat sich gezeigt, dass mit der Anzahl der miteinander zu montierenden Teile und der bei der Montage, z.B. bei einem Kabelkonfektionär, durchzuführenden Arbeitsschritte die Kosten steigen und dass das Risiko für Probleme bei der Montage der Teile ansteigt.
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Schließlich hat sich gezeigt, dass eine einfache Wartung oder Reparatur wichtig ist, um die Ausbeute zu steigern und die Kundenzufriedenheit zu verbessern, z.B. soll ein defektes Gegenkontaktelement einfach austauschbar sein.
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Es kann daher ein Bedarf bestehen, ein Kontaktelement, eine Kontaktanordnung aus Kontaktelement und Gegenkontaktelement, einen Steckverbinder bzw. eine Steckverbinderanordnung bereitzustellen, bei der das Einstecken eines Gegenkontaktelements in das Kontaktelement zumindest während eines Großteils des Steckweges bis zur Endsteckstellung (z.B. entlang von mehr als 70% oder mehr als 80% des Steckweges) nur sehr wenig bzw. nahezu keine Steckkraft erfordert, z.B. weniger als 3N pro Kontaktelement-Gegenkontaktelement-Paarung oder sogar weniger als 2N oder weniger als 1N, z.B. 0,05N bis 0,9N.
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Gleichzeitig kann ein Bedarf bestehen, die Kontaktkraft zwischen einer Kontaktlamelle und dem Gegenkontaktelement über Lebensdauer möglichst konstant zu halten, das Kontaktelement und den Steckverbinder möglichst einfach und mit wenigen Teilen zu gestalten: Weiterhin kann ein Bedarf bestehen, den Montagevorgang in wenigen Schritten durchführbar zu gestalten und einfach zu halten sowie das einmal eingesteckte Gegenkontaktelement aus dem Kontaktelement wieder entfernen und durch dasselbe Gegenkontaktelement oder ein neues Gegenkontaktelement ersetzen zu können, wobei wie beim ersten Steckvorgang über einen Großteil des Steckweges bis zur Endsteckstellung nur eine geringe Steckkraft erforderlich sein soll.
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Vorteile der Erfindung
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Dieser Bedarf kann durch den Gegenstand der vorliegenden Erfindung gemäß der unabhängigen Ansprüche 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 Kontaktelement zum Einstecken eines Gegenkontaktelements entlang einer Einsteckrichtung vorgeschlagen.
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Das Kontaktelement weist eine Einstecköffnung zum Einstecken des Gegenkontaktelements auf sowie wenigstens eine Kontaktlamelle zum elektrischen Kontaktieren des Gegenkontaktelements. Weiterhin weist das Kontaktelement eine Spannhülse auf, die entlang der Einsteckrichtung relativ zur wenigstens einen Kontaktlamelle zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position verlagerbar ist. Die Spannhülse und die wenigstens eine Kontaktlamelle stehen derart miteinander in Wirkbeziehung, dass beim Verlagern der Spannhülse von der ersten Position in die zweite Position die wenigstens eine Kontaktlamelle in einer zur Einsteckrichtung senkrechten radialen Richtung, insbesondere radial nach innen, verlagert wird. Die Spannhülse weist ein Auflaufelement auf, welches in einer Projektion entlang der Einsteckrichtung durch die Einstecköffnung hindurch die Einstecköffnung zumindest teilweise überdeckt, so dass beim Einstecken des Gegenkontaktelements in das Kontaktelement das Gegenkontaktelement an das Auflaufelement anstößt und beim weiteren Einstecken des Gegenkontaktelements die Spannhülse mittels des Auflaufelements in Richtung der zweiten Position verlagert wird.
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Dadurch wird vorteilhaft bewirkt, dass entlang eines Steckweges des Gegenkontaktelements das Gegenkontaktelement zunächst annährend kraftfrei in das Kontaktelement eingeschoben bzw. eingesteckt werden kann. Denn in diesem Zustand können die Kontaktlamellen vom noch nicht vollständig eingesteckten Gegenkontaktelement in einer zur Einsteckrichtung senkrechten, radialen Richtung beabstandet sein oder nur mit einer äußerst geringen Kraftbeaufschlagung am Gegenkontaktelement anliegen.
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Besonders vorteilhaft entfällt bezüglich der Steckkraft ein Aufschnäbelpeak, der durch das Auseinanderdrücken von radial nach innen federnden Kontaktlamellen erforderlich ist und eine initiale Kraftüberhöhung darstellt.
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Durch das an der Spannhülse angeordnete Auflaufelement kann weiterhin vorteilhaft auf ein separates bzw. zusätzlich zu montierendes Element verzichtet werden. Denn durch das Auflaufelement wird die Spannhülse verlagert, so dass gegen Ende des Steckwegs des Gegenkontaktelements die erforderliche Kontaktkraft von der wenigstens einen Kontaktlamelle auf das Gegenkontaktelement mittels der Spannhülse aufgebracht wird.
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Weiterhin vorteilhaft kann auf diese Weise das Zusammenstecken von Kontaktelement und Gegenkontaktelement in einem einzigen Schritt ausgeführt werden. Die Betätigung eines weiteren Elements zur Aufbringung der Kontaktkraft entfällt. Denn das Gegenkontaktelement nimmt die Spannhülse einfach infolge des Steckvorgangs entlang der Einsteckrichtung mit, indem es an das Auflaufelement anstößt und beim weiteren Einsteckvorgang die Spannhülse relativ zu der wenigstens einen Kontaktlamelle verschiebt bzw. verlagert. Das Anstoßen an das Auflaufelement kann z.B. gegen Ende des Steckweges geschehen, z.B. nach 70% oder 80% einer definierten Länge des Steckweges, gerechnet z.B. ab dem Passieren der Einstecköffnung. Dadurch wird außerdem vorteilhaft das Risiko eines Verkantens von Gegenkontaktelement und Kontaktelement verringert.
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Die Spannhülse kann z.B. als Material ein Metall aufweisen oder aus Metall bestehen. Die Spannhülse kann z.B. aus einem gut relaxationsbeständigem Material (z.B. Federstahl) ausgeführt sein. Sie kann z.B. zumindest in einem Abschnitt ringförmig geschlossen ausgebildet sein. Auf diese Weise kann vorteilhaft das Risiko verringert werden, dass die mittels der Spannhülse auf die wenigstens eine Kontaktlamelle übertragene Kontaktkraft durch Alterungsprozesse, z.B. infolge von Materialermüdung, nachlässt. Mit anderen Worten: auf diese Weise kann ein Nachlassen der Federkraft bei Alterung verringert werden.
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Das Kontaktelement kann z.B. mittels eines Befestigungsabschnitts oder eines Crimpabschnitts an ein Kabel bzw. eine Leitung angeschlossen sein, z.B. kraftschlüssig oder stoffschlüssig. Es kann einen Kontaktkasten aufweisen, in dem die wenigstens eine Kontaktlamelle angeordnet ist. Dabei kann die wenigstens eine Kontaktlamelle z.B. aus einem Teil des Kontaktkastens ausgeschnitten bzw. freigeschnitten sein. Der Kontaktkasten kann jedoch auch als eine Art umhüllender Kasten separat von der wenigstens einen Kontaktlamelle ausgebildet sein, die z.B. in ihn eingesteckt und/oder in ihm befestigt ist. Das Kontaktelement kann eine z.B. elastisch reversibel auslenkbare Rastlanze aufweisen, die vom Kontaktelement abragt und dazu ausgebildet ist, das Kontaktelement in einer Kontaktkammer eines Gehäuses eines Steckverbinders zu verrasten. Am Kontaktelement kann z.B. ein Hinterschnitt vorgesehen sein, der von einer Gehäuserastlanze der Kontaktkammer des Steckverbinders hintergriffen wird und so das Kontaktelement in der Kontaktkammer verrastet.
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Es versteht sich, dass das Kontaktelement genau eine Kontaktlamelle aufweisen kann oder mehrere Kontaktlamellen, z.B. zwei, drei, vier oder noch mehr Kontaktlamellen. Diese können z.B. kreisförmig in einer Umlaufrichtung um die Einsteckrichtung herum angeordnet sein. Bei z.B. zwei Kontaktlamellen kann z.B. vorgesehen sein, dass sie sich einander gegenüberliegen, so dass bei eingestecktem Gegenkontaktelement dieses z.B. auf einer Linie zwischen den beiden Kontaktlamellen liegt.
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Die wenigstens eine Kontaktlamelle kann ein Metall, z.B. Kupfer oder Aluminium oder Federstahl aufweisen. Sie kann elastisch reversibel federnd ausgebildet sein. Dabei kann sie z.B. derart ausgebildet sein, dass sie sich in der ersten Position der Spannhülse in einem kraftfreien Zustand befindet und bei einem normalen Einsteckvorgang des Gegenkontaktelements (also einem nicht verkanteten Einstecken) von dem Gegenkontaktelement in radialer Richtung beabstandet ist oder das Gegenkontaktelement lediglich leicht berührt bzw. touchiert. Sie kann weiterhin derart ausgebildet sein, dass sie in der zweiten Position der Spannhülse von der Spannhülse elastisch reversibel nach radial innen, d.h. in Richtung des eingesteckten Gegenkontaktelements gedrückt bzw. verdreht bzw. verschoben bzw. verlagert wird, so dass sie mit dem Gegenkontaktelement in mechanischen Kontakt kommt. Würde die Spannhülse nun wieder in die erste Position verlagert, so würde die wenigstens eine Kontaktlamelle in diesem Beispiel aufgrund ihrer Elastizität wieder in den kraftfreien Zustand zurückfedern, so dass sie vom Gegenkontaktelement wieder beabstandet ist oder dieses lediglich touchiert.
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Die erste Position der Steckhülse kann derart gestaltet sein, dass das einzusteckende Gegenkontaktelement nach z.B. 70% der definierten Länge des Steckweges, z.B. gerechnet ab Passieren der Einstecköffnung, an das Auflaufelement anstößt. Das Auflaufelement kann dabei z.B. quer zur Einsteckrichtung, also in radialer Richtung, von der Spannhülse nach innen abragen. Das Auflaufelement kann derart ausgebildet sein, dass es in den Einsteckweg bzw. Einsteckpfad bzw. Einsteckkanal des Gegenkontaktelements hineinragt, so dass das Gegenkontaktelement z.B. an das Auflaufelement anstoßen kann. Das Auflaufelement kann z.B. durch ein von der Spannhülse nach innen abragendes Blechschild sein. Es kann beispielsweise derart ausgebildet sein, dass es verwindungssteif ist, d.h., dass es durch das Auftreffen des Gegenkontaktelements nicht so stark verbogen wird, dass das Gegenkontaktelement unter dem - dann verbogenen - Auflaufelement hindurchtaucht. Das Auflaufelement kann z.B. einstückig mit der Spannhülse ausgebildet sein. Die Spannhülse und das Auflaufelement können z.B. als einstückiges Stanz-/Biegeteil hergestellt sein. Jedoch ist es auch möglich, dass das Auflaufelement ein zunächst von der Spannhülse separates Teil ist und mit der Spannhülse erst bei der Fertigstellung des Kontaktelements wirkverbunden wird.
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Die zweite Position der Steckhülse kann derart gestaltet sein, dass sie bei einer Endsteckstellung des in das Kontaktelement eingesteckte Gegenkontaktelement erreicht wird bzw. erreicht ist.
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Die Einstecköffnung kann z.B. gebildet sein durch das vorderste Ende der wenigstens einen Kontaktlamelle, die dem Gegenkontaktelement zugewandt ist. Wenn das Kontaktelement einen Kontaktkasten aufweist kann auch eine vordere Öffnung im Kontaktkasten, durch die das Gegenkontaktelement in das Kontaktelement eingesteckt wird, als Einstecköffnung angesehen werden.
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Die Spannhülse kann die Kontaktkraft auf die wenigstens eine Kontaktlamelle aufbringen z.B. durch eine rein lineare Verschiebung der Kontakthülse oder durch eine mit einer linearen Bewegung verknüpften Verkippung der Spannhülse oder durch eine mit einer linearen Bewegung verknüpften Drehung der Spannhülse, um lediglich einige beispielhafte Verlagerungen der Spannhülse darzulegen. Die Spannhülse kann auch ein weiteres Element aufweisen, welches infolge der Verlagerung der Spannhülse z.B. verkippt wird oder sich dreht und dadurch die Kontaktkraft auf die wenigstens eine Kontaktlamelle ausgeübt wird.
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Das Gegenkontaktelement kann z.B. Bestandteil eines Gegensteckverbinders sein, der ein Gegensteckverbindergehäuse aufweist. Das Gegenkontaktelement kann an oder in dem Gegenkontaktelementgehäuse angeordnet sein. Das Gegenkontaktelement kann z.B. als Kontaktmesser oder als Kontaktpin oder als Rundkontakt ausgebildet sein. Es kann z.B. bezüglich seiner Abmessungen in radialer Richtung dazu ausgebildet sein, von der wenigstens einen Kontaktlamelle mit einer definierten Kontaktkraft beaufschlagt zu werden, wenn das Gegenkontaktelement bis zu einer definierten Endsteckstellung in das Kontaktelement eingeschoben ist. Das Gegenkontaktelement kann z.B. als Material ein Metall aufweisen, z.B. Kupfer oder Aluminium.
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Besonders vorteilhaft lässt sich durch das vorgeschlagene Kontaktelement die maximal notwendige Steckkraft auf weniger als 3N, bevorzugt weniger als 2N und ganz besonders bevorzugt auf weniger als 1N pro Kontaktelement-Gegenkontaktelement-Paarung begrenzen, z.B. auf 0,05N bis 0,9N.
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Dadurch, dass die Spannhülse in einem dem Gegenkontaktelement zugewandten vorderen Bereich einen schräg nach radial innen verlaufenden ersten Abschnitt aufweist wird vorteilhaft bewirkt, dass die wenigstens eine Kontaktlamelle nicht plötzlich, sondern über eine gewisse Strecke radial nach innen verlagert wird und dadurch die Kontaktkraft auf das Gegenkontaktelement aufgebracht wird. Durch die Steilheit der Schräge im ersten Abschnitt lässt sich der Anstieg der Steckkraft einstellen.
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Der erste Abschnitt kann z.B. dadurch gestaltet sein, dass sich im ersten Abschnitt der Durchmesser der Spannhülse verringert.
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Dadurch, dass sich - entgegen der Einsteckrichtung betrachtet - an den ersten Abschnitt der Spannhülse ein zweiter Abschnitt anschließt, der parallel zur Einsteckrichtung verläuft, wird vorteilhaft bewirkt, dass auch bei Herstellungstoleranzen z.B. in der Länge der Spannhülse oder der Kontaktlamellen oder eines Kontaktkastens, am Ende des Steckweges stets eine definierte Kontaktkraft auf die wenigstens eine Kontaktlamelle aufgebracht ist bzw. wird. Denn der horizontale zweite Abschnitt kann derartige Längentoleranzen oder auch eine Toleranz der definierten Länge des Steckweges bzw. Einsteckweges des Gegenkontaktelements ausgleichen.
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Beispielsweise kann im zweiten Abschnitt der Durchmesser der Spannhülse konstant ausgebildet sein.
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Dadurch, dass erfindungsgemäß an der Spannhülse ein erstes Sicherungselement vorgesehen ist, welches ein Verlagern der Spannhülse von der ersten Position in Richtung der zweiten Position verhindert, wenn kein Gegenkontaktelement in das Kontaktelement eingesteckt ist wird vorteilhaft bewirkt, dass die Spannhülse sich nicht unbeabsichtigt verschiebt und so ein kraftfreies Einstecken des Gegenkontaktelements erschwert oder verhindert ist. Beispielsweise kann das erste Sicherungselement als eine Art Transportsicherung beim Transport des Kontaktelements dienen.
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Lediglich beispielhaft kann das erste Sicherungselement manuell, also unabhängig vom Gegenkontaktelement, betätigbar sein, bevor das Gegenkontaktelement in das Kontaktelement eingesetzt bzw. eingesteckt wird. Auf diese Weise kann die Sicherung entriegelt werden und das Verschieben der Spannhülse von der ersten in die zweite Position ermöglicht werden.
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Dadurch, dass das erste Sicherungselement mit dem Auflaufelement wirkverbunden ist kann eine besonders zuverlässige und automatische Funktion des ersten Sicherungselements bewirkt werden. Denn so kann z.B. beim Auftreffen des Gegenkontaktelements auf das Auflaufelement automatisch das erste Sicherungselement die Blockade des Verlagerns der Spannhülse von der ersten Position in die zweite Position freigeben.
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Lediglich beispielhaft kann das erste Sicherungselement als eine Art Rasthaken ausgebildet sein, der mit dem Auflaufelement wirkverbunden ist und in der ersten Position der Spannhülse einen ersten Hinterschnitt des Kontaktelements bzw. des Kontaktkastens bzw. der Kontaktlamelle hintergreift. Beim Anstoßen des Gegenkontaktelements an das Auflaufelement kann dieser Rasthaken dann z.B. durch eine leichte Verkippung des Auflaufelements aus dem ersten Hinterschnitt herausrutschen und so die Verlagerung der Spannhülse in Richtung der zweiten Position ermöglichen.
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Es versteht sich, dass das erste Sicherungselement auch als eine Aussparung ausgebildet sein kann, in welche ein Rasthaken eingreift, der am Kontaktelement bzw. am Kontaktkasten bzw. an der Kontaktlamelle vorgesehen ist.
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Dadurch, dass an der Spannhülse ein zweites Sicherungselement vorgesehen ist, welches ein Verlagern der Spannhülse von der zweiten Position in Richtung der ersten Position verhindert, wenn sich die Spannhülse in der zweiten Position befindet wird vorteilhaft bewirkt, dass die einmal mittels der Spannhülse aufgebrachte Kontaktkraft nicht durch ein unbeabsichtigtes Verschieben der Kontakthülse wieder verringert wird. Durch das zweite Sicherungselement wird selbst bei verbogenem oder beschädigtem oder verloren gegangenen Auflaufelement ein unbeabsichtigtes Verschieben der Spannhülse unterbunden. Es versteht sich, dass das zweite Sicherungselement derart ausgebildet sein kann, dass es z.B. durch ein Entriegelungswerkzeug oder einen anderen von außen betätigbaren Mechanismus wieder entriegelt werden kann, dass dann also die Spannhülse wieder von der zweiten Position in Richtung der ersten Position verlagerbar ist.
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Lediglich beispielhaft kann das zweite Sicherungselement als vom ersten Sicherungselement separates Element ausgebildet sein. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass das erste Sicherungselement die Funktion des zweiten Sicherungselements auch erfüllt und deshalb gleichzeitig ein erstes und zweites Sicherungselement darstellt. Das zweite Sicherungselement kann z.B. als eine Art Rasthaken ausgebildet sein, welcher einen zweiten Hinterschnitt hintergreifen kann, der an dem Kontaktelement bzw. am Kontaktkasten bzw. an der Kontaktlamelle ausgebildet ist.
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In einer Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass am Kontaktelement ein Hinterschnitt vorgesehen ist zur Verrastung des Kontaktelements in einer Kontaktkammer eines Steckverbinders. Dadurch kann vorteilhaft besonders einfach eine definierte Länge des Steckwegs bzw. eine definierte Stecklänge bzw. ein definierter Steckweg für das Gegenkontaktelement eingestellt werden.
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Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass am Kontaktelement eine, insbesondere elastisch reversibel auslenkbare, Rastlanze vorgesehen ist zur Verrastung des Kontaktelements in einer Kontaktkammer eines Steckverbinders. Dadurch kann vorteilhaft besonders einfach ein definierter Steckweg bzw. eine definierte Länge des Steckwegs für das Gegenkontaktelement eingestellt werden.
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Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung ist eine Kontaktanordnung vorgesehen. Die Kontaktanordnung umfasst ein Kontaktelement wie oben beschrieben bzw. weist dieses auf. Die Kontaktanordnung umfasst weiterhin ein Gegenkontaktelement, welches entlang der Einsteckrichtung in das Kontaktelement eingesteckt ist. Dadurch wird vorteilhaft eine Kontaktanordnung geschaffen, die besonders geringe Steckkräfte benötigt, wenige Teile aufweist und mit wenigen Arbeitsschritten montierbar ist. Weiterhin vorteilhaft kann die Kontaktanordnung einfach gewartet werden.
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Dadurch, dass die wenigstens eine Kontaktlamelle das Gegenkontaktelement zumindest solange nicht berührt, solange das Gegenkontaktelement nicht an das Auflaufelement anstößt wird vorteilhaft eine besonders geringe Steckkraft für das Zusammenstecken der Kontaktanordnung bewirkt.
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Dabei kann der Zustand des Nicht-Berührens z.B. zumindest dann realisiert sein, wenn das Gegenkontaktelement unverkantet, d.h. entlang der Einsteckrichtung, in das Kontaktelement eingesteckt wird.
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Dadurch, dass die wenigstens eine Kontaktlamelle am Gegenkontaktelement mit einer definierten Kraft quer zur Einsteckrichtung anliegt, wenn sich die Spannhülse in der zweiten Position befindet wird vorteilhaft eine elektrische Schnittstelle mit einem reproduzierbaren elektrischen Verhalten, z.B. einem reproduzierbaren elektrischen Übergangswiderstand realisiert. Dies erhöht vorteilhaft die Zuverlässigkeit und die Fehlertoleranz von elektrischen Komponenten, die mittels der Kontaktanordnung miteinander verbunden sind.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Steckverbinder vorgeschlagen. Der Steckverbinder weist ein Gehäuse mit einer Kontaktkammer auf. Der Steckverbinder weist weiterhin ein in der Kontaktkammer angeordnetes Kontaktelement wie oben beschrieben auf. Dadurch wird vorteilhaft ein Steckverbinder bereitgestellt, der mit nur geringer Steckkraft und mit wenigen Arbeitsschritten mit einem Gegensteckverbinder zusammensteckbar ist, wenige Teile aufweist, kostengünstig herstellbar ist und einfach zu warten ist.
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Das Kontaktelement kann z.B. in der Kontaktkammer verrastet sein. Dadurch kann vorteilhaft eine definierte Länge des Steckwegs bzw. ein definierter Steckweg für das Gegenkontaktelement eingestellt werden, wodurch wiederum vorteilhaft reproduzierbar und zuverlässig eine definierte Kontaktkraft am Ende des Steckwegs bewirkt werden kann.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Steckverbinderanordnung vorgeschlagen. Die Steckverbinderanordnung weist einen Steckverbinder wie oben beschrieben auf. Die Steckverbinderanordnung weist weiterhin einen Gegensteckverbinder auf. Der Gegensteckverbinder umfasst ein Gegensteckverbindergehäuse und ein Gegenkontaktelement. Dabei ist im vollständig zusammengesteckten Zustand von Steckverbinder und Gegensteckverbinder die Spannhülse mittels des Gegenkontaktelements in die zweite Position verlagert. Dadurch kann vorteilhaft eine Steckverbinderanordnung bereitgestellt werden, die ein Zusammenstecken ohne Aufschnäbel-Kraftpeak ermöglicht, mit wenigen Teilen und Montageschritten auskommt und gut zu warten bzw. zu reparieren ist.
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Die wenigstens eine Kontaktlamelle kann am Gegenkontaktelement beispielsweise mit einer definierten Kraft quer zur Einsteckrichtung anliegen. Dadurch kann vorteilhaft eine Steckverbinderanordnung mit besonders gut reproduzierbaren elektrischen Eigenschaften bereitgestellt werden.
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Zeichnungen
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Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden dem Fachmann aus der nachfolgenden Beschreibung beispielhafter Ausführungsformen, die jedoch nicht als die Erfindung beschränkend auszulegen sind, unter Bezugnahme auf die beigelegten Zeichnungen ersichtlich.
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Figurenliste
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- 1: einen schematischen Querschnitt einer Steckverbinderanordnung;
- 2a: einen schematischen Querschnitt eines Kontaktelements mit einer Spannhülse in der ersten Position;
- 2b: einen schematischen Querschnitt des Kontaktelements aus 2a mit eingestecktem Gegenkontaktelement in der Endsteckstellung und der Spannhülse in der zweiten Position;
- 3a: einen schematischen Querschnitt eines weiteren Kontaktelements mit einer Spannhülse in der ersten Position;
- 3b: einen schematischen Querschnitt des Kontaktelements aus 3a, bei dem ein Gegenkontaktelement eingesteckt ist und gerade an ein Auflaufelement des Kontaktelements anstößt, wobei sich die Spannhülse noch in der ersten Position befindet;
- 3c: einen schematischen Querschnitt des Kontaktelements aus den 3a und 3b mit eingestecktem Gegenkontaktelement in der Endsteckstellung und der Spannhülse in der zweiten Position.
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1 zeigt einen schematischen Querschnitt einer Steckverbinderanordnung 100. Die Steckverbinderanordnung 100 weist einen Steckverbinder 50 auf sowie einen Gegensteckverbinder 60, der mit dem Steckverbinder 50 zusammensteckbar ist.
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Der Steckverbinder 50 weist ein Gehäuse 51 mit einer Kontaktkammer 52 auf sowie ein in der Kontaktkammer 52 angeordnetes Kontaktelement 1.
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Der Gegensteckverbinder 60 weist ein Gegensteckverbindergehäuse 61 auf, welches hier becherartig ausgebildet ist, sowie ein im Gegensteckverbindergehäuse 61 angeordnetes Gegenkontaktelement 62. Das Gegenkontaktelement 62 kann z.B. in der Form eines flachen Kontaktmessers oder eines Pins oder eines Rundkontakts ausgebildet sein. An einer dem Steckverbinder 50 zugewandten Seite des Gegensteckverbindergehäuses 61 ist eine Radialdichtung 63 angeordnet, die im zusammengesteckten Zustand von Steckverbinder 50 und Gegensteckverbinder 60 den gemeinsamen Innenraum der Steckverbinderanordnung 100 gegen das Eindringen von Schmutz und Feuchtigkeit abdichtet.
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Das Kontaktelement 1 ist geeignet zum Einstecken des Gegenkontaktelements 62 entlang einer Einsteckrichtung E. Das Kontaktelement 1 weist eine Einstecköffnung 2 zum Einstecken des Gegenkontaktelements 62 auf. Das Kontaktelement 1 weist weiterhin wenigstens eine Kontaktlamelle 3 zum elektrischen Kontaktieren des Gegenkontaktelements 62 auf. Im Querschnitt der 1 sind zwei Kontaktlamellen 3 zu erkennen. Grundsätzlich kann jedoch auch genau eine Kontaktlamelle 3 oder es können mehr als zwei Kontaktlamellen 3 vorgesehen sein. Das Kontaktelement 1 weist außerdem eine Spannhülse 4 auf, die entlang der Einsteckrichtung E relativ zur wenigstens einen Kontaktlamelle 3 zwischen einer ersten Position P1 und einer zweiten Position P2 verlagerbar ist. Die Spannhülse 4 und die wenigstens eine Kontaktlamelle 3 stehen derart miteinander in Wirkbeziehung, dass beim Verlagern der Spannhülse 4 von der ersten Position P1 in die zweite Position P2 die wenigstens eine Kontaktlamelle 3 in einer zur Einsteckrichtung E senkrechten radialen Richtung R, z.B. radial nach innen, verlagert wird. Die Spannhülse 4 weist ein Auflaufelement 5 auf, welches in einer Projektion entlang der Einsteckrichtung E durch die Einstecköffnung 2 hindurch die Einstecköffnung 2 zumindest teilweise überdeckt, so dass beim Einstecken des Gegenkontaktelements 62 in das Kontaktelement 1 das Gegenkontaktelement 62 an das Auflaufelement 5 anstößt (siehe 2b, 3b und 3c) und beim weiteren Einstecken des Gegenkontaktelements 62 die Spannhülse 4 mittels des Auflaufelements 5 in Richtung der zweiten Position P2 verlagert wird.
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Die Spannhülse 4 kann z.B. aus einem Blech gefertigt sein. Das Auflaufelement 5 kann hier z.B. radial nach innen gebogen sein und in der Art eines Schildes in den Einsteckpfad des Gegenkontaktelements 62 ragen.
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Die Einstecköffnung 2 ist in 1 durch eine Öffnung im Gehäuse 51 des Steckverbinders 50 gegeben. Wird alleine das Kontaktelement 1 betrachtet, so kann die Einstecköffnung 2 durch das vordere Ende der wenigstens einen Kontaktlamelle 3 gegeben sein (2a-3c).
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Die Spannhülse 4 weist in einem dem Gegenkontaktelement 62 zugewandten vorderen Bereich 6 einen schräg nach radial innen verlaufenden ersten Abschnitt 7 auf. In dem vorderen Bereich verringert sich ein Durchmesser D der Spannhülse 4 von einem ersten Durchmesser D1 zu einem zweiten Durchmesser D2.
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Entgegen der Einsteckrichtung E betrachtet schließt sich an den ersten Abschnitt 7 der Spannhülse 4 ein zweiter Abschnitt 8 an, der im Wesentlichen parallel zur Einsteckrichtung E verläuft. In diesem zweiten Abschnitt 8 ist der Durchmesser D der Spannhülse 4 konstant, in der vorliegenden 1 ist dies der zweite Durchmesser D2.
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Die Spannhülse 4 kann z.B. unverlierbar am Kontaktelement 1 festgelegt und gleichzeitig verlagerbar sein. Dazu kann am Kontaktelement 1 z.B. eine Kulissenstruktur vorgesehen sein, die den möglichen Verlagerungsweg der Spannhülse 4 vorgibt.
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Das Kontaktelement 1 weist in 1 einen Kontaktkasten 35 auf, der die Kontaktlamellen 3 umgibt. Die Kontaktlamellen 3 können z.B. aus dem Kontaktkasten 35 freigeschnitten sein. Der Kontaktkasten 35 kann jedoch auch als ein Kasten ausgebildet sein, in den die Kontaktlamellen 3 eingeschoben oder in den sie hineingefaltet sind. An der in 1 unteren Kontaktlamelle 3 schließt sich - entlang der Einsteckrichtung E betrachtet - an einen vorderen Kontaktierbereich 30 ein Mittelabschnitt 31 an und an diesen ein Befestigungsabschnitt 32 zur Befestigung einer elektrischen Leitung bzw. eines Kabels 40. Das Kabel 40 weist einen elektrischen Leiter 42 sowie eine Isolierung 41 auf, die den Leiter 42 umgibt. In dem Befestigungsabschnitt 32 sind hier beispielhaft ein Isolationscrimp 37 und ein Leitungscrimp 38 vorgesehen (jeweils schematisch gestrichelt dargestellt), wobei auch andere Befestigungsarten (z.B. löten, schweißen, etc.) möglich sind. Mit dem Isolationscrimp 37 wird die Isolierung 41 des Kabels in dem Befestigungsabschnitt 32 festgelegt, mit dem Leitungscrimp 38 wird der elektrische Leiter 42 an dem Kontaktelement 1 mechanisch befestigt und elektrisch verbunden.
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Am Kontaktkasten 35 ist eine schräg nach außen ragende, z.B. elastisch reversibel auslenkbare, Rastlanze 9 angeordnet. Diese Rastlanze 9 kann in einem Gehäusehinterschnitt 53 des Gehäuses 51 des Steckverbinders 50 verrasten, so dass das Kontaktelement 1 verliersicher in der Kontaktkammer 52 des Gehäuses 51 angeordnet ist - es ist dann in der Kontaktkammer 52 verrastet. Es versteht sich, dass auch eine inverse Anordnung möglich ist, d.h.: ein am Kontaktelement 1 angeordneter Hinterschnitt in dem eine am Gehäuse 51 angeordnete Gehäuserastlanze verrastet.
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Es versteht sich, dass der Kontaktkasten 35 auch durch die beiden Kontaktlamellen 3 gebildet werden kann. Gleichfalls kann die Rastlanze 9 aus einer Kontaktlamelle 3 freigeschnitten sein.
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Ein Ensemble, welches aus dem Kontaktelement 1 und dem Gegenkontaktelement 62 besteht kann auch als Kontaktanordnung 70 bezeichnet werden, insbesondere, wenn das Gegenkontaktelement 62 in das Kontaktelement 1 eingesteckt ist.
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Im - in 1 nicht dargestellten - vollständig zusammengesteckten Zustand von Steckverbinder 50 und Gegensteckverbinder 60 ist die Spannhülse 4 mittels des Gegenkontaktelements 62 in die zweite Position P2 verlagert. Die wenigstens eine Kontaktlamelle 3 am Gegenkontaktelement 62 kann dann mit einer definierten Kraft quer zur Einsteckrichtung E anliegen.
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In 1 ist gut zu erkennen, dass die Kontaktlamellen 3 in radialer Richtung R von dem Gegenkontaktelement 62 beabstandet sind, solange sich die Spannhülse 4 in der ersten Position P1 befindet. Dadurch kann das Einstecken des Gegenkontaktelements 61 in das Kontaktelement 1 weitestgehend kraftfrei erfolgen, insbesondere wird keine Kraft benötigt, um die Kontaktlamellen 3 nach außen aufzudrücken. Der sogenannte Aufschnäbel-Kraftpeak, der sonst zu einer hohen initialen Steckkraft führt, entfällt vorteilhaft.
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Zur Erleichterung der Orientierung ist in 1 neben der Einsteckrichtung E die radiale Richtung R angegeben sowie eine die Einsteckrichtung umlaufende Umlaufrichtung U.
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2a zeigt einen - vereinfachten - schematischen Querschnitt eines Kontaktelements 1 mit der Spannhülse 4 in der ersten Position P1. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist die Rastlanze 9 hier weggelassen worden. Das Gegenkontaktelement 62 befindet sich noch vor der Einstecköffnung 2 bzw. passiert diese gerade. Die Einstecköffnung 2 ist hier durch das vordere Ende der Kontaktlamellen 3 definiert. Somit befindet sich das Gegenkontaktelement 62 am Beginn des Steckwegs und somit am Anfang einer definierten Länge L des Steckwegs. Dieser Steckweg ist hier beendet, wenn das Gegenkontaktelement 62 vollständig eingesteckt ist, sich also in einer Endsteckposition befindet.
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In 2a ist das Kontaktelement 1 ohne einen die Kontaktlamellen 3 umgebenden Kontaktkasten 35 dargestellt. Grundsätzlich könnte der von den Kontaktlamellen 3 gebildete Kasten jedoch auch als Kontaktkasten 35 angesehen werden.
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2b zeigt einen schematischen Querschnitt des Kontaktelements 1 aus 2a mit eingestecktem Gegenkontaktelement 62 in der Endsteckstellung bzw. Endsteckposition und der Spannhülse 4 in der zweiten Position P2.
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Es ist gut zu erkennen, dass das Gegenkontaktelement 62 mit seinem freien Ende 64 bzw. mit seiner Spitze beim Einsteckvorgang nach ca. 75% der definierten Länge L des Steckwegs an das Auflaufelement 5 angestoßen ist. Beim weiteren Einstecken hat das Auflaufelement 5 die Spannhülse 4 entlang des Steckwegs mitgeschleppt bzw. mitgenommen und so relativ zu den Kontaktlamellen 3 von der ersten Position P1 in die zweite Position P2 verlagert. Das Auflaufelement 5 und die Spannhülse 4 sind z.B. wirkverbunden, z.B. durch eine relativ starre Kopplung bzw. so, dass das Auflaufelement 5 nur ein wenig verkippt wird relativ zu seiner Ruheposition, wenn das Gegenkontaktelement 62 an das Auflaufelement 5 anstößt.
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Durch die Verlagerung der Spannhülse 4 in die zweite Position P2 stoßen die Kontaktlamellen 3 an eine Innenwandung der Spannhülse 4 in deren ersten Abschnitt7, in dem sich der Durchmesser D der Spannhülse 4 verringert. Dadurch werden die Kontaktlamellen 3 radial nach innen ausgelenkt und so gegen Ende des Steckwegs an das Gegenkontaktelement 62 gepresst. Kurz vor Ende der definierten Länge L des Steckwegs bleibt dann der Durchmesser D der Spannhülse in deren zweiten Abschnitt 8 konstant, so dass die eingestellte Kontaktkraft ebenfalls konstant bleibt.
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3a zeigt einen schematischen Querschnitt eines weiteren Kontaktelements 1 mit der Spannhülse 4 in der ersten Position P1. Auch hier ist aus Gründen der Übersichtlichkeit die Rastlanze 9 nicht dargestellt. Das Kontaktelement 1 aus 3a unterscheidet sich von dem aus 2a dadurch, dass an der Spannhülse 4 ein erstes Sicherungselement 10 und ein zweites Sicherungselement 10 ausgebildet bzw. angeordnet bzw. vorgesehen sind.
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In 3b und 3c wird das Kontaktelement 1 aus 3a beim weiteren Einstecken des Gegenkontaktelements 62 entlang verschiedener Abschnitte der definierten Länge L des Steckwegs gezeigt.
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3b zeigt dabei einen Zustand, in dem das Gegenkontaktelement 61 in das Kontaktelement 1 eingesteckt ist und gerade an das Auflaufelement 5 des Kontaktelements 1 anstößt, wobei sich die Spannhülse 4 noch in der ersten Position P1 befindet.
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3c zeigt dann das Kontaktelement 1 mit eingestecktem Gegenkontaktelement 61 in der Endsteckstellung und mit der Spannhülse 4 in der zweiten Position P2.
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Das erste Sicherungselement 10 ist als eine Art Rasthaken ausgebildet. Dieser Rasthaken hintergreift einen ersten Hinterschnitt 15 des Kontaktkastens 35, wenn bzw. solange sich die Spannhülse 4 in der ersten Position P1 befindet. Dadurch verhindert das erste Sicherungselement 10 ein unbeabsichtigtes Verlagern der Spannhülse 4 von der ersten Position P1 in Richtung der zweiten Position P2, wenn kein Gegenkontaktelement 62 in das Kontaktelement 1 eingesteckt ist. Aus 3a ist erkennbar, dass das erste Sicherungselement 10 mit dem Auflaufelement 5 wirkverbunden ist. In 3a ist das lediglich beispielhaft als Rasthaken ausgebildete erste Sicherungselement 10 z.B. einstückig mit dem Auflaufelement 5 ausgebildet. Es ragt ungefähr parallel zur Einsteckrichtung E vom Auflaufelement 5 in Richtung der Einstecköffnung 2 ab, wobei der Rasthaken am freien Ende des ersten Sicherungselements 10 ausgebildet ist und radial nach außen abragt.
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Das zweite Sicherungselement 20 ist dazu vorgesehen, ein Verlagern der Spannhülse 4 von der zweiten Position P2 in Richtung der ersten Position P1 zu verhindern, wenn sich die Spannhülse 4 in der zweiten Position P2 befindet, siehe dazu 3c.
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Das zweite Sicherungselement 20 ist hier doppelt vorhanden. Zunächst ist in 3a am unteren Teil der Spannhülse 4 an deren der Einstecköffnung 2 abgewandten Ende ein nach radial innen gerichteter Rasthaken ausgebildet. Dieser kann z.B. durch ein Umknicken der Spannhülse 4 nach radial innen ausgebildet werden. An der in 3a unteren Kontaktlamelle 3 ist komplementär dazu im Bereich der zweiten Position P2 eine zweite Aussparung 25 vorgesehen, in die dieses als Rasthaken ausgebildete zweite Sicherungselement 20 eingreifen kann, wenn die Spannhülse die zweite Position P2 erreicht ( 3c).
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Wie in 3a und 3c zu erkennen ist dient in dieser Ausführungsform das erste Sicherungselement 10 lediglich beispielhaft gleichzeitig auch als zweites Sicherungselement 20. Das Auflaufelement 5 kann durch das Gegenkontaktelement 61 beim Anstoßen in der Art einer Feder elastisch reversibel in Richtung der Einsteckrichtung E ausgelenkt worden sein. Sobald das zwischen der in 3a oberen Kontaktlamelle 3 und dem Gegenkontaktelement 62 angeordnete erste Sicherungselement 10 ein der Einstecköffnung 2 abgewandtes Ende der Kontaktlamelle 3 passiert hat und die Krafteinwirkung durch das Gegenkontaktelement 62 nachlässt, kann das Auflaufelement 5 in seine Ruheposition zurückfedern (3c). Auf diese Weise kann der Rasthaken des ersten Sicherungselements 10 das Ende der im 3a oberen Kontaktlamelle 3 hintergreifen und auf diese Weise ein unbeabsichtigtes Zurückverlagern der Spannhülse 4 von der zweiten Position P2 in die erste Position P1 verhindern. Dadurch kann das erste Sicherungselement 10 hier auch gleichzeitig eine Doppelfunktion als zweites Sicherungselement 20 aufweisen.
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Es versteht sich, dass es auch Ausführungsformen geben kann, in denen nur ein einziges eine Doppelfunktion aufweisendes Sicherungselement 10, 20 vorgesehen ist. Es kann jedoch auch Ausführungsformen geben, in denen jedes Sicherungselement entweder nur als erstes Sicherungselement 10 oder nur als zweites Sicherungselement 20 dient.
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3b zeigt, dass durch das Anstoßen des Gegenkontaktelements 62 an das Auflaufelement 5 dieses ein wenig entlang der Einsteckrichtung E verkippt wird. Dadurch wird das als Rasthaken ausgebildete erste Sicherungselement 10 gelöst. Denn der Rasthaken kippt aus dem ersten Hinterschnitt 15. Infolgedessen kann durch das weitere Bewegen des Gegenkontaktelements 62 entlang der Einsteckrichtung E die Spannhülse 4 von der ersten Position P1 in Richtung der zweiten Position P2 verlagert werden.
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Um das Gegenkontaktelement 62 aus dem Kontaktelement 1 zu entfernen, z.B. zu Wartungszwecken, kann die Spannhülse 4 von der zweiten Position P2 in die erste Position P1 verlagert werden, wodurch die Kontaktlamellen 3 von dem vorderen Bereich 6 der Spannhülse wieder freigegeben werden und nach radial außen federn. Dadurch entfernen bzw. lösen sie sich von dem Gegenkontaktelement 62 und dieses kann anschließend (annährend) kraftfrei aus dem Kontaktelement 1 entfernt werden. Beim Verlagern der Spannhülse von der zweiten Position P2 in die erste Position P1 kann das Gegenkontaktelement 62 z.B. bereits mittels des Auflaufelements 5 in Richtung der Einstecköffnung mitgenommen werden.
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Bei Kontaktelementen 1, die ein zweites Sicherungselement 20 aufweisen ist dieses vor der Verlagerung der Spannhülse 4 von der zweiten Position P2 in die erste Position P1 bevorzugt zu entriegeln bzw. zu entsichern. Dies kann z.B. mittels eines Entriegelungswerkzeugs erfolgen, welches z.B. einen Rasthaken, der einen Hinterschnitt hintergreift aus diesem hintergreifenden Zustand herauslöst.
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Abschließend sei angemerkt, dass das Kontaktelement 1 bzw. die Kontaktanordnung 70 bzw. der Steckverbinder 50 bzw. die Steckverbinderanordnung 100 z.B. für die Anwendung bzw. Verwendung in Kraftfahrzeugen bzw. bei Invertern, Motoren, Steuergeräten, Batterien, Ladegeräten oder Generatoren gedacht bzw. geeignet bzw. eingerichtet ist bzw. sein kann. Jedoch ist das Kontaktelement 1 bzw. die Kontaktanordnung 70 bzw. der Steckverbinder 50 bzw. die Steckverbinderanordnung 100 auf derartige Anwendungen bzw. Verwendungen nicht beschränkt.
