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Die Anmeldung betrifft einen Steckverbinder, insbesondere einen Hochfrequenz-Steckverbinder (HF-Verbinder). Besonders bevorzugt wird ein 2-poliger Single-Pair-Ethernet (SPE) Leitungs-Steckverbinder und als Gegenpart eine Steckbuchse, insbesondere eine HF-Steckbuchse vorgeschlagen. Auch hierbei handelt es sich bevorzugt um eine 2-polige SPE-Steckbuchse. Steckverbinder und Steckbuchse werden schwerpunktmäßig für den Einsatz in der Automatisierungs-Feldebene vorgeschlagen, und müssen dem entsprechend gegenüber Eindringen von Flüssigkeiten und Staub geschützt sein.
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Die stetig zunehmende Nachfrage nach schneller und zuverlässiger Übertragung von Daten und Informationen im Automatisierungsumfeld, führt - bei den herkömmlichen Feldbusprotokollen - zu immer sperrigeren und aufwendigeren Verkabelungssystemen.
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Die Einführung von SPE in Kombination mit der Time-Sensitive Networking (TSN) - Technologie ermöglicht es, dass in Relation zu herkömmlichen Systemen erheblich mehr Sensoren, Aktoren und Eingabe/Ausgabe-Module auf der Feldebene eingesetzt werden können, und das bei gleichzeitig geringeren Kosten, geringerem Platzbedarf und einer verbesserten Leistung.
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Neben sonstigen Anforderungen muss ein Hauptmerkmal dieser Steckverbinder-Paarung darin bestehen, schnell, zuverlässig und möglichst störungsfrei sehr hohe Datenraten zu übertragen. Deswegen wird ebenfalls ein System, bestehend aus Steckverbinder und Steckbuchse vorgeschlagen.
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Ein wichtiges Kriterium dahingehend ist es, den Betrag der spezifischen Impedanz der zur Anwendung kommenden Leitung über die Längsachse der Steckverbinder-Paarung möglichst konstant beizubehalten. Entscheidend hierfür ist die konstruktive Auslegung, u.a. auch in Zusammenhang mit den relevanten Eigenschaften der zum Einsatz kommenden Werkstoffe. Darüber hinaus müssen einige Einzelteile teils so gestaltet werden, dass sie eine definierte, reproduzierbare und lagegerechte Montage der Baugruppe gewährleisten:
- Ebenso ist es vorteilhaft, wenn die 360°-Abschirmung - ausgehend vom angeschlossenen Leitungsschirm bis zum Adressaten für die Daten-Signale (z.B. eine Leiterkarte oder ebenfalls ein Leitungsschirm einer abgehenden Leitung) - entlang der Längsachse an der den Strombahnen zugewandten Innenfläche möglichst gleichmäßige Querschnitts-Geometrien und hierbei möglichst wenige und geringe sprunghafte Übergänge aufweist. Die Abschirmung betreffend muss unterschieden werden zwischen
- • einer umfänglichen Innen-Abschirmung der Strombahnen, die für die hochfrequenten Daten-Signale relevant ist; bedingt durch den Skin-Effekt beträgt die Eindringtiefe der Wirbelfelder an der den Strombahnen zugewandten Innenfläche dieser Abschirmung höchstens ein paar Hundertstel Millimeter;
- • und einer Außen-Abschirmung, die mit der inneren Abschirmung elektrisch verbunden ist; diese Abschirmung hat einerseits, hinsichtlich des Anwenders, eine sicherheitsrelevante Funktion; darüber hinaus verhindert diese Abschirmung, dass Fremdsignale von außen her in die Strombahnen induziert werden.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es somit, einen Steckverbinder und/oder eine Steckbuchse zu offenbaren, welche eine möglichst konstante spezifische Impedanz über die Länge der Steckverbindung gewährleistet. Ebenso ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Steckverbinder und/oder eine Steckbuchse zu offenbaren, welche eine durchgehende Abschirmung gewährleistet.
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In Hinblick auf den vorzugsweisen robusten Einsatz dieser Steckverbinder und Steckbuchsen in der Feldebene darf außerdem die erforderliche Funktionalität nicht von den hierbei auftretenden thermischen und Umwelt-bedingten Einflüssen beeinträchtigt werden.
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Auch die Wirtschaftlichkeit der Konzepte ist von ebenso hoher Bedeutung. Hinsichtlich hoher Stückzahlen müssen die Konzepte weitestgehend automatisiert fertigbar sein.
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Die vorgenannten Aufgaben werden mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche 1 und 2 gelöst.
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Demnach wird ein Steckverbinder vorgeschlagen, welcher mindestens 2 Kontaktstifte beinhaltet. Damit sind Steckverbinder mit 2 Kontakten möglich. Es sind natürlich auch mehrkontaktige Steckverbinder denkbar.
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Weiterhin beinhalten die erfindungsgemäßen Steckverbinder einen Kontaktträger in welchen die Kontaktstifte einlegbar sind. Die Kontaktstifte sind dazu derart gestaltet das eine elektrische Leitung an die Kontaktstifte angeschlossen werden kann. Dazu umfasst die elektrische Leitung mehrere Litzen, wobei jeweils eine Litze an jeweils einem Kontaktstift angebracht werden kann.
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Weiterhin beinhaltet der Steckverbinder eine Schirmhülse, welche den Kontaktträger zumindest bereichsweise umgeben kann. Der Steckverbinder umfasst weiterhin eine Verriegelungsschraube zum Verbinden des Steckverbinders an einem geeigneten Gegenverbinder. Ein solcher Gegenverbinder kann eine geeignete Steckbuchse sein oder aber ein weiterer Steckverbinder, der mit Kontaktbuchsen statt Kontaktstiften ausgestattet ist. Eine geeignete Steckbuchse wird besonders bevorzugt auch als Einbauverbinder angesehen.
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Erfindungsgemäß ist die Schirmhülse und die Verriegelungsschraube elektrisch leitfähig gestaltet, sodass sie im montierten Zustand miteinander in Kontakt stehen sowie auch mit dem Leitungsschirm der angeschlossenen Leitung. Damit wird eine durchgehende Außen-Abschirmung von der Leitung zum Steckverbinder gewährleistet.
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Bevorzugt wird die Verriegelungsschraube zumindest bereichsweise mit Stegen und/oder Nuten versehen, um eine bessere Griffigkeit zu gewährleisten.
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Als Gegenstück zum Steckverbinder wird weiterhin eine Steckbuchse vorgeschlagen, welche anstatt der Kontaktstifte zwei Kontaktbuchsen beinhaltet. Diese Kontaktbuchsen sind in einem Kontaktträger angeordnet, wobei der Kontaktträger wiederum in einem Gehäuse eingelegt ist.
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Die Kontaktbuchsen sind anschlussseitig - vorzugsweise korrespondierend zum Adressat für die Datensignale (z.B. einer Platine) - entweder als Press- oder als Löt-Pins gestaltet. Ebenso können aber auch hier - wie beim vorgenannten Steckverbinder - die Litzen einer elektrischen Leitung, oder ggf. auch einzelne Litzen angeschlossen werden.
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Das vorgenannte Gehäuse umgibt den Kontaktträger zumindest bereichsweise und beinhaltet ein Verriegelungselement zum Verbinden der Steckbuchse an einem geeigneten Gegenstecker, wie beispielsweise dem vorgenannten Steckverbinder. Wenn der Steckverbinder als weiblicher Steckverbinder, also mit Buchsen ausgestattet wird, kann die besagte Steckbuchse auch mit Kontaktstiften bestückt werden und somit männlich ausgestaltet sein.
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Bei der Steckbuchse sind das Gehäuse und das Verriegelungselement elektrisch leitfähig gestaltet und stehen im montierten Zustand miteinander in Kontakt sowie mit dem Adressat für die Datensignale (z.B. eine Platine), oder dem Leitungsschirm der angeschlossenen Leitung.
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Das vorgenannte Verriegelungselement der Steckbuchse kann als Steg ausgeführt sein oder als Gewinde. Beim Zusammenspiel der Steckbuchse mit dem Steckverbinder kann dann die Verriegelungsschraube in Wirkverbindung mit dem Verriegelungselement treten, um den montierten Zustand herzustellen und beizubehalten. Dazu kann die Verriegelungsschraube Mittel zum Hintergreifen des Stegs beinhalten oder aber ebenfalls ein entsprechendes Gewinde.
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Das Gehäuse der Steckbuchse ist bevorzugt mit einem Befestigungsmittel versehen, um die Steckbuchse geräteseitig als Einbausteckbuchse zu nutzen. Als Befestigungsmittel eignen sich Verschraubungen oder Rastmöglichkeiten.
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Die Litzen der anzuschließenden elektrischen Leitung können durch herkömmliches Crimpen mit den Kontaktstiften oder Kontaktbuchsen verbunden werden. Dies entspricht einem Kraftschluss. Alternativ können die Litzen durch Widerstandsschweißen an die Kontaktstifte bzw. Kontaktbuchsen angeschlossen werden. Durch das Widerstandsschweißverfahren wird ein gleichmäßiger Übergang von der elektrischen Leitung zum Steckverbinder oder der Steckbuchse durch Stoffschluss gewährleistet was wiederum sehr geringe Übergangswiderstände ermöglicht.
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Der Anschluss des Leitungsschirms an das Gehäuse des Steckverbinders bzw. der Steckbuchse wird bevorzugt mittels einer Schirmfeder bewerkstelligt, die den Leitungsschirm an das Gehäuse drückt, und somit die elektrische Kontaktierung sicherstellt. Alternativ hierzu kann auch ein geschlossener Schirmring genutzt werden, dessen Innendurchmesser ein entsprechendes Untermaß zu den an das Gehäuse anliegenden Schirmlitzen aufweist.
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Somit befindet sich der Leitungsschirm im montierten Zustand zwischen Schirmfeder oder Schirmring und Schirmhülse bzw. Gehäuse.
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Durch die elektrische Leitfähigkeit von Schirmfeder, Schirmhülse, Gehäuse wird eine durchgehende Abschirmung von Leitung zum Steckverbinder bzw. Steckbuchse bis hin zum Adressat der Datensignale (z.B. eine Platine) ermöglicht. Die für die Hochfrequenz relevante Innen-Abschirmung der Strombahnen weist über die Längsachse des Steckverbindersystems einen weitestgehend konstanten Querschnitt auf, und befindet sich gänzlich innerhalb des vor Flüssigkeit und Staub geschützten Bereiches. Dadurch, dass ebenfalls die Verriegelungsschraube bzw. das Verriegelungselement elektrisch leitfähig gestaltet sind, und diese mit den vorgenannten elektrisch leitfähigen Elementen in Verbindung stehen, wird im montierten Zustand gleichzeitig ein durchgehender Schirm über die von außen her berührbaren Elemente des Steckverbinders bzw. der Steckbuchse hinweg ermöglicht. Die Schirmanbindung der von außen her berührbaren Teile hat in Hinblick auf den Anwender einen Sicherheitsaspekt, und unterbindet weiterhin, dass Fremdsignale von außen her in die Strombahnen induziert werden; für die Übertragung der hochfrequenten Signale hat die Außen-Abschirmung eine untergeordnete Bedeutung.
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Als weiteres wird vorgeschlagen, dass eine C-Feder an der Schirmhülse angeordnet wird, mittels derer die Verriegelungsschraube unlösbar mit dieser dergestalt verbunden wird, dass sie um die Längsachse frei drehbar bleibt, und somit die Verriegelung zur Steckbuchse hin ermöglicht.
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Um die Montage zu vereinfachen wird vorgeschlagen, dass der Kontaktträger zweiteilig ausgeführt ist und durch Kraft- oder Formschluss um die Kontaktstifte oder die Kontaktbuchsen herum angeordnet werden kann. Um einen solchen Kraft- oder Formschluss zu verwirklichen, wird vorgeschlagen, Rastnoppen am Kontaktträger vorzusehen.
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In einer weiteren besonderen Ausführung wird vorgeschlagen, dass mindestens eine Dichtung vorgesehen wird, um den Steckverbinder oder die Steckbuchse im montierten Zustand vor Eindringen von Schmutz und/ oder Flüssigkeiten zu schützen. Solche Dichtungen können als Ringdichtung ausgeführt sein, welche beispielsweise am Verriegelungselement angeordnet werden. Ebenso kann die Schirmhülse mit einem wasserdichten Mittel umspritzt werden.
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Im montierten Zustand kann der vorgenannte Steckverbinder mit der vorgenannten Steckbuchse zusammengeführt werden, indem die Kontaktstifte in die Kontaktbuchsen eingeführt werden. Anschließend kann durch die Verriegelungsschraube im Zusammenwirken mit dem Verriegelungselement die Verbindung von Steckverbinder und Steckbuchse fixiert werden.
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Das so entstandene Steckverbindersystem ist gegen Eindringen von Schmutz oder Feuchtigkeit durch die vorgenannten Dichtmöglichkeiten geschützt, bietet entlang der Strombahnen eine durchgehend konstante Impedanz, und ermöglicht eine durchgehende Abschirmung von der verbundenen Leitung über das Steckverbindersystem hinweg bis hin zum Adressaten für die Datensignale (z.B. eine Platine).
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Weitere Merkmale sowie auch das Verfahren zur Montage des vorgenannten Steckverbinders werden in den beigefügten Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
- 1: Steckverbindersystem in perspektivischer Darstellung
- 2: Steckverbinder in perspektivischer Darstellung
- 3: Alternative zu 2 mit crimpbaren Kontaktstiften
- 4: Steckbuchse in 2 perspektivischen Darstellungen
- 5: Kontaktstifte zum Widerstandschweißen in perspektivischer Darstellung
- 6: Kontaktträger für Kontaktstifte aus 5 in perspektivischer Darstellung
- 7: Kontaktstifte zum Crimpen in perspektivischer Darstellung
- 8: Kontaktträger für Kontaktstifte aus 7 in perspektivischer Darstellung
- 9: Verriegelungsschraube in perspektivischer Darstellung
- 10: C-Feder in perspektivischer Darstellung
- 11: Schirmhülse in perspektivischer Darstellung
- 12: Schirmfeder in perspektivischer Darstellung
- 13: Gehäuse in perspektivischer Darstellung
- 14: Kontaktträger für Kontaktbuchsen aus 15 in perspektivischer Darstellung
- 15: Ausführungsform von Kontaktbuchsen in perspektivischer Darstellung
- 16: Kontakte zum Anschluss der Steckbuchse an einen Adressaten für die Datensignale (z.B. eine Platine)
- 17: Schirmfeder, die die Schirmhülse aus 11 mit dem Gehäuse aus 13 elektrisch verbindet
- 18: Abdichtung gegenüber Schmutz und Feuchtigkeit
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1 zeigt eine perspektivische Darstellung eines Steckverbindersystems, bestehend aus einem Steckverbinder (1, 2) und einer Steckbuchse (3). Der Steckverbinder (1) kann dabei mittels Widerstandschweißen, oder als Steckverbinder (2) mittels Crimpen an die Litzen der Leitung angeschlossen sein.
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Das Steckverbindersystem wird dadurch hergestellt, dass der Steckverbinder (1, 2) mit der Steckbuchse (3) zusammengeführt wird. Es ist hierbei auch der Anschluss der Steckbuchse an einen Adressaten für die Datensignale (z.B. eine Platine) zu erkennen (links in der Figur), welche als Kontaktmöglichkeiten in Stiftform gezeigt sind. Alternativ kann die Steckbuchse auch an eine weitere Leitung angeschlossen werden.
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2 zeigt den Steckverbinder 1 aus 1. Das bedeutet, dass 2 ohne die Steckbuchse gezeigt ist. Der Steckverbinder 1 beinhaltet dazu Kontaktstifte 1.1, welche in einem Kontaktträger 1.3 aufgenommen sind. Der aus isolierendem Material bestehende Kontaktträger 1.3 umschließt die Kontaktstifte 1.1 und hält diese somit innerhalb des Steckverbinders 1. Der Kontaktträger 1.3 kann dazu derart ausgeführt sein, dass die Kontaktstifte 1.1 gewisse Lagertoleranzen oder ein gewisses Spiel im Kontaktträger 1.3 haben können.
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Der Kontaktträger 1.3 mit den Kontaktstiften 1.1 ist innerhalb einer Schirmhülse 1.5 gelagert. Diese Schirmhülse 1.5 umgibt den Kontaktträger 1.3 zumindest bereichsweise und hält den Kontaktträger 1.3 in seiner Position innerhalb des Steckverbinders 1.
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Koaxial zur Schirmhülse 1.5 ist eine Verriegelungsschraube 1.2 angeordnet, welche zur Befestigung an einem geeigneten Gegenstecker oder -buchse, bspw. der Steckbuchse 3 (siehe 1), geeignet ist.
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Die Verriegelungsschraube 1.2 ist dazu bevorzugt drehbar gelagert, so dass sie sich um die Schirmhülse 1.5 drehen lässt. Die Verriegelungsschraube 1.2 hat dazu einen Bereich mit einem Gewinde, womit sie sich mit der Gegenbuchse oder -stecker verbinden lässt. Ebenso hat die Verriegelungsschraube 1.2 einen Bereich, welcher mit Nuten und/oder Stegen versehen ist, um eine bessere Griffigkeit zu gewährleisten.
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Die Verriegelungsschraube 1.2 kann mittels einer C-Feder 1.4 am Steckverbinder 1 befestigt werden. Dazu ist die C-Feder 1.4 konisch zulaufend gestaltet, so dass sich die Verriegelungsschraube 1.2 bei der Montage des Steckverbinders 1 über die C-Feder 1.4 schieben lässt, und dort in Richtung der Längsachse unlösbar einrastet.
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Die Verlängerung der Verriegelungsschraube 1.2 in Richtung angeschlossener Leitung 1.9 kann durch Umspritzen des Steckverbinders 1 ausgeführt werden. Diese ist ortsfest angeordnet. Ebenso kann ein geeignetes Gehäuse verwendet werden.
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Die 2 zeigt eine Dichtung 1.6, welche als Hotmelt-Dichtmasse zwischen Umspritzung 1.8 bzw. Gehäuse und der Schirmhülse 1.5 angeordnet ist. Die Dichtung 1.6 sorgt dafür, dass kein Schmutz oder Flüssigkeit in den Steckverbinder 1 eindringen kann. Dadurch werden entsprechende IP-Dichtheitsklassen erreicht.
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Die angeschlossene Leitung 1.9 umfasst einen Leitungsschirm 1.9.2, welcher häufig als Drahtgeflecht ausgeführt ist. Dieses Drahtgeflecht wird bei Montage auf die Schirmhülse 1.5 aufgelegt und mittels einer Schirmfeder 1.7 an die Schirmhülse 1.5 angedrückt. Dadurch entsteht eine elektrische Verbindung von Schirmhülse 1.5 und Leitungsschirm 1.9.2.
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Die angeschlossene Leitung 1.9 beinhaltet einen Leitungsmantel 1.9.1, welcher entsprechend abgesetzt wird, so dass der Leitungsschirm 1.9.2 sowie die Leitungsadern 1.9.3 weiter in den Steckverbinder hineinragen als der Leitungsmantel 1.9.1.
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Die Leitungsadern 1.9.3 wiederum werden entsprechend abgesetzt, um die freigelegten Litzen 1.9.4 an die Kontaktstifte 1.1 anbringen zu können.
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Das Verfahren zur Montage eines solchen Steckverbinders 1 wird wie folgt offenbart:
- Zunächst wird die Schirmfeder 1.7 in Richtung Leitungsmantel 1.9.1 auf die Leitung 1.9 geschoben.
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Als weiteres wird die Leitung 1.9 abgemantelt, so dass die Leitungsadern 1.9.3 und der Leitungsschirm 1.9.2 länger sind als der Mantel der Leitung.
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Die Länge des Leitungsmantels 1.9.1 kann nun angepasst werden, wobei es hilfreich ist, den Leitungsschirm 1.9.2 zunächst in Richtung des Leitungsmantels 1.9.1 zu bewegen, bspw. durch bürsten.
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Die Leitungsadern 1.9.3 werden ebenfalls abgesetzt, so dass die Litzen 1.9.4 freiliegen. Die Litzen 1.9.4 werden dann an den entsprechenden Kontaktstiften 1.1 befestigt. Es hat sich als besonders bevorzugt erwiesen, diese Befestigung durch Widerstanddschweißen zu realisieren. Durch die entstehende stoffschlüssige Verbindung wird sichergestellt, dass der Übergang von Leitung auf den Steckverbinder mit einem nur geringen elektrischen Widerstand geschieht.
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Die Kontaktstifte 1.1 werden dann in den Kontaktträger 1.3 eingepresst, indem der Kontaktträger 1.3 um die Kontaktstifte 1.1 herum durch Druck angeordnet wird.
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Nun wird mindestens eine Dichtung 1.6 an bzw. um die Schirmhülse angeordnet, um einen Schutz vor Eindringen von Schmutz und Feuchtigkeit zu gewährleisten. Diese Dichtung 1.6 kann als Ringdichtung oder als Hotmelt-Dichtung ausgeführt sein, wobei die Hotmelt-Dichtung angegossen werden kann.
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Der Kontaktträger 1.3 mit den Kontaktstiften 1.1 wird dann in die Schirmhülse 1.5 aufgenommen und dort eingepasst. Diese Einpassung kann durch Kraftschluss oder Einrastung geschehen.
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Dann wird der Leitungsschirm 1.9.2 wieder in Richtung der Kontaktstifte 1.1 bewegt, was ebenfalls durch bürsten geschehen kann. Das führt dazu, dass der Leitungsschirm 1.9.2 in Kontakt mit der Schirmhülse 1.5 tritt.
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Die Schirmfeder 1.7 wird dann über den Leitungsschirm 1.9.2 geführt, so dass die Schirmfeder 1.7 einen Druck auf den Leitungsschirm 1.9.2 ausführt und diesen an die Schirmhülse 1.5 drückt.
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Danach wird der Steckverbinder 1 umspritzt, so dass eine Umspritzung 1.8 entsteht.
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Danach wird eine C-Feder 1.4 auf bzw. um die Schirmhülse 1.5 angeordnet. Dies kann durch Aufpressen geschehen. Die C-Feder 1.4 hat dabei eine Form wie der Buchstabe C und ist konisch zulaufend.
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In einem letzten Montageschritt wird die Verriegelungsschraube 1.2 über die C-Feder 1.4 geschoben, so dass sie mittels dieser unlösbar in Längsrichtung an der Schirmhülse 1.5 derart einrastet, dass sie um die Längsachse drehbar ist.
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Es ist dazu anzuführen, dass anstatt der vorgesehenen Kontaktstifte 1.1 auch Kontaktbuchsen verwendet werden können, um eine weibliche Version des Steckverbinders zu ermöglichen.
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Die 3 zeigt eine alternative Ausführungsform des Steckverbinders 2, wobei nun anstelle der Kontaktstifte 1.1 aus 2 die Kontaktstifte 2.1 aus 7 verwendet werden. Anders als bei den Kontaktstiften 1.1 sind die Kontaktstifte 2.1 zum Befestigen der Litzen durch Crimpen ausgeführt.
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Auch hierbei werden die Kontaktstifte 2.1 in einen Kontaktträger 2.2 eingepresst. Der Kontaktträger 2.2 unterscheidet sich vom bisherigen Kontaktträger durch sein Profil zur Aufnahme der Kontaktstifte.
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Der übrige Aufbau und Montage entspricht der Beschreibung zu 2.
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Auch bei der Ausführung von 3 ist eine weibliche Version mit Kontaktbuchsen anstatt Kontaktstiften 2.1 denkbar.
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4 zeigt die Steckbuchse (3) aus 1. Das bedeutet, dass 4 ohne den Steckverbinder gezeigt ist. Die Steckbuchse 3 beinhaltet Kontaktbuchsen 3.3, welche in einem Kontaktträger 3.2 aufgenommen sind. Der aus isolierendem Material bestehende Kontaktträger 3.2 umschließt die Kontaktbuchsen 3.3 und hält diese somit innerhalb der Steckbuchse 3. Der Kontaktträger 3.2 kann dazu derart ausgeführt sein, dass die Kontaktbuchsen 3.3 gewisse Lagertoleranzen oder ein gewisses Spiel im Kontaktträger 3.2 haben können.
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Der Kontaktträger 3.2 mit den Kontaktstiften 3.3 ist innerhalb eines Gehäuses 3.1 gelagert. Das Gehäuse 3.1 kann dabei auch als Schirmhülse wie bisher ausgeführt sein. Dieses Gehäuse 3.1 umgibt den Kontaktträger 3.2 zumindest bereichsweise und hält den Kontaktträger 3.2 in seiner Position innerhalb der Steckbuchse 3.
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An dem Gehäuse 3.1 ist ein Verriegelungselement angeordnet, welches zur Befestigung an einem geeigneten Gegenstecker oder -buchse, bspw. dem Steckverbinder 1,2, geeignet ist. Das Verriegelungselement kann dabei der gezeigte umlaufende Steg sein, ist aber auch als Gewinde ausführbar.
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Die 4 zeigt eine Dichtung 3.7, welche den erforderlichen IP-Schutz zwischen der Steckbuchse 3 und des hierzu korrespondierenden Gegensteckers sicherstellt. Ebenso wird eine Dichtung 3.6 gezeigt, welche den erforderlichen IP-Schutz zwischen der Steckbuchse 3 und einem Element, an welchem die Steckbuchse 3 montiert wird, sicherstellt. Diese Dichtung 3.6 ist notwendig, wenn die Steckbuchse 3 als Einbaubuchse bzw. Einbaustecker ausgeführt wird.
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Die Steckbuchse 3 in 4 wird als Einbaubuchse dargestellt. Entsprechend der endseitigen Gestaltung der Kontaktstifte 3.3, werden als weiteres aus dem Gehäuse 3.1 Kontakte 3.4 herausgeführt, damit die Steckbuchse an eine geeignete Platine, etc. angeschlossen werden kann. Dies kann herkömmlich durch Löten geschehen. Ebenso kann aber auch eine weitere Leitung angeschlossen werden. Dann ist ein Anschließen einer Leitung entsprechend der Merkmale von 2 anstelle der herausgeführten Kontaktstifte 3.1 notwendig.
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Eine Schirmfeder 3.5 ist vorgesehen, um die elektrische Verbindung zwischen einer Schirmhülse eines angeschlossenen Gegensteckverbinders, bspw. Steckverbinder 1, 2, und dem Gehäuse 3.1 der Steckbuchse 3 zu gewährleisten, und somit die Innen-Abschirmung des Steckverbindersystems aus 1 zu vervollständigen.
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Das Verfahren zur Montage einer solchen Steckbuchse 1 wird wie folgt offenbart:
- Die Kontaktbuchsen 3.1 werden in den Kontaktträger 3.2 eingepresst, indem der Kontaktträger 3.2 um die Kontaktbuchsen 3.2 herum durch Druck angeordnet wird.
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Dann wird die Schirmfeder 3.5 über den Kontaktträger 3.2 verrastet. Dazu werden entsprechende Rastelemente an Kontaktträger 3.2 und Schirmfeder 3.5 benötigt.
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Nun werden die Kontakte 3.4 in das Gehäuse eingepresst.
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Weiterhin wird mindestens eine Dichtung 3.6, 3.7 in bzw. um das Gehäuse 3.1 angeordnet, um einen Schutz vor Eindringen von Schmutz und Feuchtigkeit zu gewährleisten. Diese Dichtungen 3.6, 3.7, können als Ringdichtung oder als Hotmelt-Dichtung ausgeführt sein, wobei die Hotmelt-Dichtung angegossen werden kann.
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Der so komplettierte Kontaktträger 3.2 kann dann im Gehäuse 3.1 verrastet werden oder mittels Kraft- bzw. Formschluss eingebracht werden. Entsprechende Befestigungselemente oder Rastelemente müssen dazu vorgesehen sein.
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5 zeigt Kontaktstifte 1.1, wie sie in den Steckverbindern 1, 2 oder der Steckbuchse 3 verwendet werden können. Diese Kontaktstifte 1.1 eignen sich zum Widerstandschweißen an die Litzen der anzuschließenden Leitung.
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Die Kontaktstifte 1.1 beinhalten den Kontakt-Pin 1.1.1, welche in die entsprechenden Gegenkontakte eingeführt werden können. Weiterhin beinhalten die Kontaktstifte 1.1 Anschlagflächen 1.1.2, welche mit dem Kontaktträger 1.3, 3.2 in Wirkverbindung treten können. Diese dienen zu Positionierungshilfe.
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Widerhaken 1.1.3 sind ebenfalls vorgesehen, zur Fixierung innerhalb des Kontaktträgers 1.3. Über die Kontaktflächen 1.1.4 können Litzen an die Kontaktstifte 1.1 befestigt werden, insbesondere durch Widerstandscheißen.
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Über die Flächen 1.1.5 können die Kontaktstifte 1.1 in den Kontaktträger 1.3, 3.2 eingepresst werden.
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6 zeigt zwei perspektivische Ansichten eines Kontaktträgers 1.3. Der Kontaktträger 1.3 ist dabei elektrisch isolierend ausgeführt und für das Tragen der Kontaktstifte 1.1 oder von Kontaktbuchsen 3.3 geeignet.
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Ein Pin-Dom 1.3.1 zur Sicherstellung der erforderlichen Luft- und Kriechstrecken wird gezeigt. Ebenfalls wird eine Anschlagfläche 1.3.2 korrespondierend zur Schirmhülse 1.5 offenbart.
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Eine Kontaktkammer 1.3.3 ist zur Aufnahme der Kontaktestifte 1.1 bzw. Kontaktbuchsen 3.3 geeignet. Rastnoppen 1.3.4 dienen der Fixierung des Kontaktträgers 1.3 innerhalb der Schirmhülse 1.5.
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Eine Anschlagfläche 1.3.5 dient als Positionierhilfe für die Kontaktstifte 1.1 oder Kontaktbuchsen 3.3.
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Weiterhin wird eine Fläche 1.3.6 zur lagedefinierten Ausrichtung der Kontaktstifte 1.1 oder der Kontaktbuchsen 3.3 gezeigt sowie eine Isolationsrippe 1.3.7 zur Sicherstellung der erforderlichen Luft- und Kriechstrecken.
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7 zeigt Kontaktstifte 2.1, wie sie in den Steckverbindern 1, 2 oder der Steckbuchse 3 verwendet werden können. Diese Kontaktstifte 2.1 eignen sich zum Crimpen an die Litzen der anzuschließenden Leitung.
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Die Kontaktstifte 2.1 beinhalten den Kontakt-Pin 2.1.1, welche in die entsprechenden Gegenkontakte eingeführt werden können. Weiterhin beinhalten die Kontaktstifte 2.1 Anschlagflächen 2.1.3, welche mit dem Kontaktträger 2.2, 3.2 in Wirkverbindung treten können. Diese dienen zu Positionierungshilfe.
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Widerhaken 2.1.2 sind ebenfalls vorgesehen, zur Fixierung innerhalb des Kontaktträgers 2.2. Über den Crimpbereich 2.1.4 können Litzen an die Kontaktstifte 2.1 befestigt werden, insbesondere durch Crimpen.
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Entlüftungs- und Sichtbohrungen 2.1.5 sind vorgesehen, um die Länge der Litzen in den Kontaktstiften 2.1 zu erkennen und das Entweichen der Luft beim Crimpen zu ermöglichen.
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Über die Flächen 2.1.8 können die Kontaktstifte 2.1 in den Kontaktträger 2.2, 3.2 eingepresst werden. Die Bohrungen 2.1.7 sind zur Aufnahme der zu crimpenden Litzen geeignet und die Fläche 2.1.6 dient der lagedefinierten Ausrichtung.
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8 zeigt zwei perspektivische Ansichten eines Kontaktträgers 2.2. Der Kontaktträger 2.2 ist dabei elektrisch isolierend ausgeführt und für das Tragen der Kontaktstifte 2.1 oder von Kontaktbuchsen 3.3 geeignet.
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Ein Pin-Dom 2.2.1 zur Sicherstellung der erforderlichen Luft- und Kriechstrecken wird gezeigt. Ebenfalls wird eine Anschlagfläche 2.2.2 korrespondierend zur Schirmhülse offenbart.
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Eine Kontaktkammer 2.2.3 ist zur Aufnahme der Kontaktestifte 2.1 bzw. Kontaktbuchsen 3.3 geeignet. Rastnoppen 2.2.4 dienen der Fixierung des Kontaktträgers 2.2 innerhalb der Schirmhülse.
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Eine Anschlagfläche 2.2.5 dient als Positionierhilfe für die Kontaktstifte 2.1 oder Kontaktbuchsen 3.3.
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Weiterhin wird eine Fläche 2.2.6 zur lagedefinierten Ausrichtung der Kontaktstifte 2.1 oder der Kontaktbuchsen 3.3 gezeigt sowie eine Isolationsrippe 2.2.7 zur Sicherstellung der erforderlichen Luft- und Kriechstrecken.
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9 zeigt Details der erfindungsgemäßen Verriegelungsschraube 1.2. Diese ist vorzugsweise elektrisch leitend, optional elektrisch isolierend ausgeführt.
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Die Verriegelungsschraube 1.2 beinhaltet ein Außengewinde 1.2.1 korrespondierend zum Innengewinde des Gegensteckers, bspw. der Steckbuchse 3. Anstatt eines Gewindes kann auch eine Verriegelung vorgesehen sein.
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Weiterhin sind Stege und Nuten 1.2.2 zum Betätigen der Verriegelungsschraube 1.2 vorgesehen. Eine Anschlagfläche 1.2.3 korrespondierend zur C-Feder wird gezeigt. Bei Montage wird die Verriegelungsschraube so positioniert, dass die Anschlagsfläche 1.2.3 an die C-Feder anschlagen kann.
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Ebenso sind Laufflächen 1.2.4 und 1.2.5 korrespondierend zur Schirmhülse vorgesehen, um den Lauf der Verriegelungsschraube zu gewährleisten.
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10 zeigt die C-Feder 1.4, welche vorzugsweise elektrisch leitend, optional aber isolierend ausgeführt ist. Die C-Feder hat dazu eine Mantelfläche, welche konisch zulaufend gestaltet ist. Damit weist die C-Feder 1.4 eine Anschlagsfläche 1.4.1 auf, korrespondierend zur Anschlagsfläche 1.2.3 der Verriegelungsschraube 1.2.
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Eine Lauffläche 1.4.2, korrespondierend zur Anschlagfläche der Schirmhülse 1.5 wird ebenfalls offenbart.
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Die C-Feder 1.4 beinhaltet einen V-förmigen Spalt 1.4.3, welcher im Herstellungsprozess beim plastischen Aufweiten der C-Feder 1.4 von dem der Lauffläche 1.4.2 entsprechenden (Ausgangs-) Durchmesser zu dem der Anschlagsfläche 1.4.1 entsprechenden Durchmesser entsteht.
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Ein minimaler Spalt 1.4.4 an dem V-förmigen Spalt 1.4.3 wird gezeigt, mit der Maßgabe, dass dieser Spalt kleiner als die Dicke der C-Feder sein muss. Dadurch wird ein eventuelles Verhaken bzw. Verketten dieser Teile beim Verpacken, Transport usw. verhindert.
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11 zeigt die Details der erfindungsgemäßen Schirmhülse 1.5. Eine erfindungsgemäße Schirmhülse 1.5 ist elektrisch leitfähig gestaltet, um die Abschirmung der Leitung fortzuführen. Dazu beinhaltet eine Schirmhülse 1.5 eine Rundum-Abschirmfläche 1.5.1 über die gesamte Steckverbindung, eine Dichtfläche 1.5.2 korrespondierend zur Dichtung 3.7 und eine Lauffläche 1.5.3 korrespondierend zur Verriegelungsschraube 1.2.
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Durch eine Aufnahmenut 1.5.4 kann die C-Feder 1.4 aufgenommen werden, um die Verriegelungsschraube 1.2 zu halten.
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Eine Aufnahmenut 1.5.5 für die Dichtung 1.6 ist vorgesehen. Diese Dichtmasse stellt den erforderlichen IP-Schutz zwischen der Schirmhülse 1.5 und der Umspritzung 1.8 sicher. Dazu sind optional formschlüssige Halterippen 1.5.6 für die Dichtung 1.6, insbesondere als Hotmelt-dichtung vorhanden.
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Die optionale Anschlagsfläche 1.5.7 korrespondiert mit der Steckbuchse 3 und eine Anschlagsfläche 1.5.8 korrespondiert mit der Verriegelungsschraube 1.2
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Weiterhin wird eine Anschlagfläche 1.5.9 für die C-Feder 1.4 in Richtung der Leitung 1.9 gezeigt sowie eine Fixiernut 1.5.10 für die Umspritzung 1.8. Diese gewährleistet eine größere Verbindungsfläche und einen Formschluss über die Längsachse des Steckverbinders 1, 2.
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Auch wird eine Anschlagfläche 1.5.11 korrespondierend zum Kontaktträger 1.3 oder 2.2 gezeigt sowie eine Anschlagfläche 1.5.12 für die Schirmfeder 1.7. Auch beinhaltet die Schirmhülse 1.5 eine Anschlagfläche 1.5.13 für die C-Feder 1.4 in Richtung der Steckbuchse 3 sowie ein Steckprofil 1.5.14 korrespondierend zum Einbaustecker 3.
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Die elektrisch leitende Innenflächen des Steckprofils 1.5.14 und der Rundum-Abschirmfläche 1.5.1 bilden zusammen die für dich Hochfrequenz relevante Innen-Abschirmung des Steckverbinders 1, 2.
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Das Bezugszeichen 1.5.15 zeigt eine Codier-Nut korrespondierend zum Einbaustecker 3.
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12 zeigt die erfindungsgemäße Schirmfeder 1.7. Diese ist ebenfalls elektrisch leitfähig gestaltet. Sie erzeugt den erforderlichen Anpressdruck für die elektrische Verbindung zwischen Leitungsschirm 1.9.2 und Schirmhülse 1.5.
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Die Anschlagfläche 1.7.1 korrespondierend dabei zur Schirmhülse 1.5 und der Spalt 1.7.1 schräg zur Längsachse dient dazu, dass einzelne Drähte aus dem Leitungsschirm 1.9.2, nicht außerhalb der Schirmfeder geraten können.
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Optional kann die Schirmfeder 1.7 auch ohne den Spalt 1.7.2 gestaltet sein.
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13 zeigt ein Gehäuse 3.1, mit einer Aufnahmenut 3.1.1 für die Dichtung 3.7, einer Auflagefläche 3.1.2 für die Dichtung 3.7. Diese Auflagefläche 3.1.2 dient ebenso als Anschlagfläche bei der Montage des Kontaktträgers 3.2 sowie weiterhin als optionale Anschlagfläche für Steckverbinder 1, 2, wobei eine zusätzliche elektrische Verbindung zwischen der Schirmhülse 1.5 und dem Gehäuse 3.1 gegeben ist.
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Weitere Merkmale sind:
- 3.1.3 Innengewinde korrespondierend zum Außengewinde der Verriegelungsschraube 1.2, wodurch das Gehäuse 3.1 mittels der (vorzugsweise leitenden) Verriegelungsschraube 1.2 und der (vorzugsweise leitenden) C-Felder 1.4 ebenfalls mit der Schirmhülse 1.5 elektrisch verbunden wäre.
- 3.1.4 Öffnung für die Aufnahme und Ausrichtung der zusammen montierten Baugruppe bestehend aus dem Kontaktträger 3.2, den Kontakten 3.3 und der Schirmfeder 3.5; gleichzeitig dient diese Öffnung als Kontaktfläche für die Schirmfeder 3.5, mittels der eine elektrische Verbindung zur Kontaktfläche 1.5.14 der Schirmhülse 1.5 sichergestellt wird, und die Innen-Abschirmung des Steckverbindersystems vervollständigt wird.
- 3.1.5 Montageflansch korrespondierend zur Baugruppe, die den Adressat für die Daten-Signale beinhaltet
- 3.1.6 Außengewinde, das zur Befestigung des Einbausteckers 3 an die vorgenannte Baugruppe dient
- 3.1.7 Abflachung am Außengewinde 3.1.6, dass zur lagedefinierten Befestigung an die vorhin genannten Baugruppe dient, und zwar korrespondierend zur Codier-Nut 1.5.15 an der Schirmhülse 1.5
- 3.1.8 Schlüsselfläche am Montageflansch 3.1.5
- 3.1.9 Aufnahme-/ Kontaktbohrung für Kontakt 3.4
- 3.1.10 Optionale Auflagefläche korrespondierend zum Adressat für die Daten-Signale
- 3.1.11 Anschlagfläche zur Fixierung des montierten Kontaktträgers mittels Schirmfeder 3.5
- 3.1.12 Nut, die zur Befestigung der Kontakte 3.4 dient
- 3.1.13 Aufnahmenut für Dichtung 3.6, die ihrerseits den erforderlichen IP-Schutz zur Baugruppe sicherstellt, die den Adressaten der Daten-Signale beinhaltet.
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14 zeigt zwei perspektivische Ansichten eines Kontaktträgers 3.2. Der Kontaktträger 3.2 ist dabei elektrisch isolierend ausgeführt und für das Tragen der Kontaktbuchsen 3.3 geeignet.
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Eine Anschlagfläche 3.2.1 korrespondiert mit dem Rasthaken der Schirmfeder 3.5.
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Eine Codier-Rippe 3.2.2 korrespondiert mit der Codier-Nut 1.5.15. Ein Steckprofil 3.2.3 korrespondiert mit dem Profil 1.5.14
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Eine Kelle 3.2.4 ist als Gegenelement zum Pin-Dom 1.3.1 oder 2.2.1 vorgesehen zum Sicherstellen der erforderlichen Luft- und Kriechstrecken.
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Eine Kontaktkammer 3.2.5 ist zur Aufnahme der Kontaktestifte 1.1 bzw. Kontaktbuchsen 3.3 geeignet. Eine Nut 3.2.6 dient zur Fixierung der Kontaktbuchse 3.3 oder des Kontaktstiftes 1.1.
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Eine Anschlagfläche 3.2.7 dient als Positionierhilfe für die Schirmfeder 3.5. Die Anschlagfläche 3.2.8 korrespondiert mit der Auflagefläche 3.1.2 und die Anschlagfläche 3.2.9 korrespondiert mit der Kontaktbuchse 3.3 oder dem Kontaktstift 1.1.
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Die 15 und 16 offenbaren mögliche Ausgestaltungen der Kontaktbuchsen 3.3 und Kontakte 3.4, wobei die Kontaktbuchsen 3.3 zur Aufnahme der Kontaktstifte 1.1 oder 2.1, und gegenüber seitig zum Anschluss an den Adressaten für die Datensignale dienen; die Kontakte 3.4 dienen dazu, das Gehäuse 3.1 ebenfalls mit dem Adressaten für die Datensignale zu verbinden. Folgende Merkmale werden in den 15 und 16 gezeigt:
- 3.3 Kontaktbuchse weiblich (elektrisch leitend) in einer Stanz-Roll-Variante; ebenso ist der Kontakt mit ein paar Modifikationen in einer gedrehten Variante denkbar; darüber hinaus sind analog hierzu beide Varianten in Ausführungen als Kontakte männlich denkbar
- 3.3.1 Einführschräge korrespondierend zum Kontakt-Pin 1.1.1 oder 2.1.1
- 3.3.2 Kontaktlamellen korrespondierend zum Kontakt-Pin 1.1.1 oder 2.1.1
- 3.3.3 Kontakt-Ende gestaltet vorzugsweise als Einpress-Variante mit nach außen gewölbten Feder-Lamellen, korrespondierend zu einer entsprechenden Kontaktfläche beim Adressat für die Daten-Signale - z.B. eine metallisierte Leiterkarten-Bohrung; alternativ kann dieses Kontakt-Ende ebenso als einfacher Löt-Pin ausgeführt werden
- 3.3.4 Widerhaken zum Fixieren des Kontaktes in der Nut 3.2.6
- 3.3.5 Anschlagfläche korrespondierend zur Fläche 3.2.9
- 3.3.6 Einpressfläche in den Kontaktträger 3.2
- 3.4 Kontakt (elektrisch leitend), der elektrische Verbindung des Gehäuses 3.1 zum Adressat der Daten-Signale sicherstellt
- 3.4.1 Einpressfläche in Gehäuse 3.1
- 3.4.2 Kontakt-Ende gestaltet vorzugsweise als Einpress-Variante mit nach außen gewölbten Feder-Lamellen, korrespondierend zu einer entsprechenden Kontaktfläche beim Adressat für die Daten-Signale - z.B. eine metallisierte Leiterkarten-Bohrung; alternativ kann dieses Kontakt-Ende ebenso als einfacher Löt-Pin ausgeführt werden
- 3.4.3 Anschlagfläche zur Fixierung des Kontaktes 3.4 in der Nut 3.1.12
- 3.4.4 Rasthaken korrespondierend zur Nut 3.1.12
- 3.4.5 Anschlagfläche korrespondierend zur Aufnahmebohrung 3.1.9
- 3.4.6 Kontaktfläche als offene Ringfeder, korrespondierend zur Aufnahmebohrung 3.1.9
- 3.4.7 Stanz-Roll-Fuge mit definiertem Breiten-Maß, um das erforderliche Federverhalten der Kontaktfläche 3.4.6 zu gewährleisten
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17 offenbart eine elektrisch leitende Schirmfeder 3.5, bevorzugt zur Anwendung in der Steckbuchse 3. Die Schirmfeder kontaktiert die elektrisch leitende Innenfläche des Steckprofils 1.5.14 und führt bzw. vervollständigt somit die Innen-Abschirmung des Steckverbindersystems weitestgehend gleichförmig durch die Steckbuchse 3 hindurch, bis möglichst nahe an den Adressaten für die Datensignale.
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Weitere Merkmale der Schirmfeder 3.5 sind:
- 3.5.1 Anschlagfläche korrespondierend zur Fläche 3.2.1
- 3.5.2 Rasthaken zum Fixieren der Schirmfeder 3.5 am Kontaktträger 3.2
- 3.5.3 Stanzfuge vorzugsweise laserverschweißt, oder formschlüssig gegen unbeabsichtigtes Öffnen gesichert
- 3.5.4 Kontaktfeder korrespondierend zur Öffnung 3.1.4
- 3.5.5 Kontaktfeder korrespondierend zum Steckprofil 1.5.14
- 3.5.6 Rasthaken zum Fixieren der Schirmfeder 3.5 im Gehäuse 3.1
- 3.5.7 Anschlagfläche korrespondierend zur Fläche 3.1.11
- 3.5.8 Anschlagfläche korrespondierend zur Fläche 3.2.7
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Zuletzt zeigt die 18 eine weitere Möglichkeit der Abdichtung gegenüber Schmutz und Feuchtigkeit. Dazu wird eine elastische Dichtung 1.10 verwendet, als Ersatz oder zusätzlich zu den vorgenannten Dichtungen.
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Diese Dichtung ist sowohl an der Außen-, wie auch an der Innen-Mantelfläche mit mindestens einem, bevorzugt mehreren Vorsprüngen und Nuten versehen, und wird zwischen der Innen-Mantelfläche der Verriegelungsschraube 1.2 und der Außenmantelfläche der Schirmhülse 1.5 unter Druck gesetzt. Diese Vorsprünge und Nuten erhöhen die Dichtigkeit gegenüber Flüssigkeiten und Staub, einerseits durch teils erhöhte Normalkräfte an den Schrägflanken dieser Vorsprünge bzw. Nuten; andererseits werden hierdurch die Wege, die eindringende Medien bis zum funktionskritischen Bereich des Steckverbinders hinterlegen müssen, entsprechend erhöht. Diese Dichtung kann entweder ein eigenständiges Element, oder bevorzugt Teil der Umspritzung 1.8 sein.
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Die Erfindung ist nicht auf die vorgenannten Merkmale beschränkt. Vielmehr sind weitere Ausgestaltungen denkbar. So könnten alle 3 Dichtungen zusammen verwendet werden oder nur die Dichtung 1.10 als Ersatz zur Hotmelt-Dichtung. Die Nuten und Stege an der Verriegelungsschraube könnten durch griffige Muster oder Pyramiden ersetzt werden. Das Steckverbindersystem könnte aus zwei Steckverbindern bestehen, von welchem ein Steckverbinder mit Kontaktstiften und ein Steckverbinder mit Kontaktbuchsen ausgeführt ist. Dazu werden zwei unterschiedliche Verriegelungsschrauben vorgeschlagen, welche sich durch ein Innengewinde und ein korrespondierendes Außengewinde auszeichnen. Dadurch könnten beide Steckverbinder ineinandergesteckt und mittels der Verriegelungsschrauben arretiert werden. Zuletzt könnte statt der Umspritzung des Steckverbinders auch ein Gehäuse genutzt werden.
