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Die Erfindung betrifft einen Steckverbinder. Weiterhin betrifft die Erfindung einen Mehrfachsteckverbinder, der im Zusammenwirken mit einem Gegensteckverbinder insbesondere zur Übertragung von Hochfrequenzsignalen zwischen zwei Leiterplatten vorgesehen ist.
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Derartige Steckverbinder bzw. Mehrfachsteckverbinder sollen eine möglichst verlustfreie Übertragung von Hochfrequenzsignalen auch in einem definierten Toleranzbereich bezüglich der Parallelität sowie des Abstands der beiden Leiterplatten sicherstellen. Weiterhin sollen die Steckverbinder kostengünstig herstellbar und regelmäßig ausreichend robust für die Integration in eine Montagelinie sein.
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Bekannt ist, eine einfache (d. h. einen einzigen Hochfrequenzsignalpfad ausbildende) Verbindung zwischen zwei Leiterplatten mittels zwei, mit den Leiterplatten fest verbundenen Koaxialsteckverbindern sowie einem die beiden Koaxialsteckverbinder verbindenden Adapter, dem sogenannten „Bullet”, herzustellen. Dieser Adapter ermöglicht einen axialen und radialen Toleranzausgleich, sowie den Ausgleich von Parallelitätstoleranzen. Typische hierfür eingesetzte Koaxialsteckverbinder sind SMP, Mini-SMP oder FMC. Sind eine Vielzahl von Hochfrequenzpfaden zwischen zwei Leiterplatten vorgesehen, müssen eine Vielzahl derartiger Einfachsteckverbindungen eingesetzt werden, was insbesondere einen erheblichen Montageaufwand darstellt.
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Mittels Mehrfachsteckverbindern, die eine Vielzahl von Kontaktelementen in einer definierten Anordnung in einem Gehäuse integrieren, kann der Montageaufwand beim Verbinden von zwei Leiterplatten im Vergleich zu der Verwendung von Einfachsteckverbindern erheblich reduziert werden. Dabei stellt jedoch die Integration einer Toleranzausgleichsfunktionalität der Mehrfachsteckverbinder eine Herausforderung dar.
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Aus der
DE 20 2012 008 969 U1 ist eine Steckverbindung mit zwei Mehrfachsteckverbindern zur elektrischen Verbindung von zwei Leiterplatten bekannt Die Mehrfachsteckverbinder sind dabei als Winkelsteckverbinder ausgebildet sind, so dass die Steckrichtung, in der die beiden Mehrfachsteckverbinder zusammengesteckt werden, parallel zu den Leiterplatten ausgerichtet ist. Dort sind alle Kontaktelemente als Stanzbiegebauteile aus Metallblech ausgebildet. Dabei sind die einzelnen Innenleiter des einen Steckverbinders als flächige Kontaktlaschen ausgebildet, die beidseitig von zangenartig angeordneten Kontaktfederlaschen der jeweils entsprechenden Innenleiter des anderen Steckverbinders kontaktiert werden. Die die jeweiligen Innenleiter umgebenden Außenleiter sind bei beiden Steckverbindern kastenförmig ausgeführt, wobei die Außenleiter des einen Steckverbinders in die Außenleiter des anderen Steckverbinders eingeschoben werden, wodurch sich ein großflächiger Kontakt an jeweils drei Seiten der Außenleiter ergibt. Bei den aus der
DE 20 2012 008 969 U1 bekannten Mehrfachsteckverbindern ergibt sich die Toleranzen ausgleichende Funktionalität durch die eine elastische Deformierbarkeit sowie die Relativverschiebbarkeit der flächigen Kontaktelemente.
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Ausgehend von diesem Stand der Technik lag der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Steckverbinder anzugeben, der sich trotz einer Toleranzen ausgleichenden Funktionalität durch eine robuste Ausgestaltung auszeichnet.
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Diese Aufgabe wird durch einen Steckverbinder gemäß dem Anspruch 1 gelöst. Ein mehrere erfindungsgemäße Steckverbinder integrierender Mehrfachsteckverbinder ist Gegenstand des Anspruch 12. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Steckverbinders und des erfindungsgemäßen Mehrfachsteckverbinders sind Gegenstand der jeweiligen abhängigen Ansprüche und ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Erfindung.
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Ein erfindungsgemäßer Steckverbinder mit einem (länglichen, insbesondere rohr- oder stiftförmigen) Innenleiter und einem den Innenleiter umgebenden Isolator ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, dass der Isolator einen ersten Isolatorteil und einen von dem ersten Isolatorteil strukturell getrennten zweiten Isolatorteil aufweist, die mittels eines Isolatorgelenks relativdrehbar verbunden sind.
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Dabei wird unter einem „Gelenk” verstanden, dass zwei strukturell getrennte (d. h. nicht einstückig ausgebildete) Teile derart zusammenwirken, dass sie mindestens eine Drehachse für die Relativdrehung ausbilden, wobei die beiden Teile direkt oder indirekt kontaktieren und insbesondere bei der Relativdrehung aneinander abgleiten.
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Der erfindungsgemäße Steckverbinder kann als Winkelsteckverbinder ausgebildet sein, wobei der Innenleiter einen ersten Innenleiterteil und einen zweiten Innenleiterteil aufweist, deren Längsachsen abgewinkelt zueinander verlaufen.
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Die erfindungsgemäße Ausgestaltung eines Steckverbinders ermöglicht, den Innenleiter im Wesentlichen unbeweglich in den vorzugsweise aus einem steifen Material ausgebildeten Isolator zu integrieren, wodurch der Innenleiter gut geschützt ist. Insbesondere kann dadurch ein Verbiegen des regelmäßig als filigranes Metallteil ausgebildeten Innenleiters bei der Handhabung des Steckverbinders und insbesondere beim Zusammenstecken mit einem Gegensteckverbinder vermieden werden. Die Integration eines Gelenks in den Isolator stellt dabei die gewünschte Funktionalität für einen Toleranzausgleich sicher, so dass sich das steckseitige Ende des Innenleiters (mitsamt des entsprechenden Abschnitts des Isolators) in Grenzen bewegen kann.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Steckverbinders, insbesondere in der bevorzugten Ausgestaltung als Winkelsteckverbinder, kann vorgesehen sein, dass das Isolatorgelenk eine Relativdrehung zumindest um die Längsachse einer der beiden Isolatorteile (vorzugsweise nicht des steckseitigen Isolatorteils) sowie um eine zu beiden Längsachsen der Isolatorteile senkrecht stehende Achse ermöglicht. Weiterhin bevorzugt kann vorgesehen sein, dass eine Relativdrehung um die Längsachse des anderen Isolatorteils und insbesondere ein Verdrehen des steckseitigen Isolatorteils um die eigene Längsachse infolge einer entsprechenden Ausgestaltung des Isolatorgelenks nicht möglich ist.
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Eine vorteilhafte Möglichkeit zur Ausgestaltung des Isolatorgelenks kann vorsehen, dass einer der Isolatorteile eine teilkugelförmige Außenfläche umfasst, die in einer teilkugelförmigen Innenfläche eines Gehäuses des Steckverbinders angeordnet ist. Dadurch kann die Relativdrehung der Isolatorteile unabhängig von der Drehrichtung sicher geführt werden.
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Weiterhin bevorzugt kann vorgesehen sein, dass einer der Isolatorteile eine Nut umfasst, in der ein im Querschnitt runder, insbesondere zylindrischer Abschnitt des anderen Isolatorteils angeordnet ist. Dadurch wird auf einfache Weise eine Relativdrehbarkeit der Isolatorteile um die Längsachse des im Querschnitt runden Abschnitts sowie um eine quer zur Nut verlaufende Achse ermöglicht. Gleichzeitig kann eine ungewollte Relativdrehung um eine dritte, zu diesen beiden Achsen senkrechte Achse, wie z. B. die Längsachse des steckseitigen Isolatorteils, wirksam verhindert werden. Dabei kann besonders bevorzugt vorgesehen sein, dass die Nut in dem die teilkugelförmige Außenfläche ausbildenden Abschnitt des Isolatorteils angeordnet ist und sich weiterhin bevorzugt in Richtung der Längsachse dieses Isolatorteils erstreckt.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Steckverbinder kann zudem vorgesehen sein, dass die Isolatorteile mittels einer Federvorrichtung in eine Neutralposition relativ zueinander beaufschlagt sind, die diese im unbelasteten Zustand selbsttätig einnehmen. Dadurch kann sichergestellt werden, dass sich der steckseitige Isolatorteil sowie der darin angeordnete Innenleiterteil beim Zusammenstecken mit einem Gegensteckverbinder in einer definierten Ausrichtung befindet.
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Eine solche Federvorrichtung kann beispielsweise eine ebene Fläche oder eine eine ebene Fläche definierende Kante auf der teilkugelförmigen Außenfläche des einen Außenleiterteils umfassen, die in der Neutralposition flächig an einer ebenen Kontaktfläche eines elastisch auslenkbaren Federelements anliegt. Ein Verdrehen dieses Außenleiterteils kann dann zu einem Verkippen der (von der Kante definierten) ebenen Fläche relativ zu der Kontaktfläche bewirken, wodurch diese bzw. das Federelement elastisch ausgelenkt wird.
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Insbesondere wenn die Innenleiterteile im Wesentlichen unbeweglich innerhalb der Isolatorteile angeordnet sind, kann die Relativdrehung der Isolatorteile auch zu einer Relativdrehung der Innenleiterteile führen. Diese kann bei einem einteiligen Innenleiter durch eine Deformation, insbesondere in einem abgewinkelten Abschnitt des Innenleiters ermöglicht werden. Vorteilhaft kann jedoch sein, dass auch in den Innenleiter ein Gelenk integriert wird, so dass ein erster Innenleiterteil und ein von dem ersten Innenleiterteil strukturell getrennter zweiter Innenleiterteil mittels eines Innenleitergelenks relativdrehbar verbunden sind. Dabei kann besonders bevorzugt vorgesehen sein, dass das Innenleitergelenk eine Relativdrehung um zumindest dieselben Achsen wie das Isolatorgelenk ermöglicht.
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Eine konstruktiv einfache Ausgestaltung eines solchen Innenleitergelenks kann vorsehen, dass einer der Innenleiterteile eine Gabel ausbildet, die einen im Querschnitt runden, insbesondere zylindrischen Abschnitt des anderen Innenleiterabschnitts aufnimmt.
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Um eine gute Übertragungsleistung für Hochfrequenzsignale zu erreichen, kann ein als Schirmung für den Innenleiter wirkender, den Innenleiter und den Isolator umgebender Außenleiter vorgesehen sein. Dabei kann vorgesehen sein, dass ein Gehäuse des Steckverbinders den oder einen Teil des Außenleiters ausbildet.
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Ein erfindungsgemäßer Mehrfachsteckverbinder umfasst zumindest mehrere erfindungsgemäße Steckverbinder sowie ein die Steckverbinder integrierendes Gehäuse. Dabei kann vorgesehen sein, dass das Gehäuse einen Teil von Außenleitern aller Steckverbinder ausbildet, wodurch eine konstruktiv einfache Ausgestaltung für den Mehrfachsteckverbinder erzielt werden kann.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt:
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1: eine Steckverbindung mit einem erfindungsgemäßen Mehrfachsteckverbinder sowie einem Gegensteckverbinder im nicht gesteckten Zustand in einer perspektivischen Ansicht;
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2: die Steckverbindung in einer Ansicht von vorne;
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3: die Steckverbindung in einer Ansicht von hinten;
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4: die Steckverbindung in einer Seitenansicht;
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5: einen Längsschnitt durch die Steckverbindung im teilweise gesteckten Zustand mit einer Neutralstellung der Steckverbinder;
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6: einen Längsschnitt durch die Steckverbindung im teilweise gesteckten Zustand mit einer Versatzstellung der Steckverbinder;
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7: ein erster Isolatorteil des Mehrfachsteckverbinders in einer perspektivischen Ansicht;
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8: einen Innenleiter des Mehrfachsteckverbinders in einer perspektivischen Ansicht;
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9: ein alternativer erster Isolatorteil für einen erfindungsgemäßen Mehrfachsteckverbinder in einer perspektivischen Ansicht; und
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10: den Isolatorteil gemäß 9 mit dazugehörigem zweitem Isolatorteil in einer perspektivischen Ansicht.
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Die 1 bis 8 zeigen eine Steckverbindung mit zwei Steckverbindern, einem erfindungsgemäßen Mehrfachsteckverbinder 1 und einem dazu passenden Gegensteckverbinder 2. Die Steckverbindung dient dazu, zwei im Wesentlichen parallel zueinander ausgerichtete (Abschnitte von) Leiterplatten (nicht dargestellt) elektrisch leitend zu verbinden, wobei eine Übertragung von Hochfrequenzsignalen vorgesehen ist. Hierzu sind beide Steckverbinder als (Mehrfach-)Winkelsteckverbinder ausgebildet. Demnach verläuft die Steckrichtung, in der die Steckverbinder zusammensteckbar sind, im Wesentlichen parallel zu den Auflagefläche der Leiterplatten, an denen die Steckverbinder anliegen sollen.
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Jeder der Steckverbinder umfasst eine Mehrzahl von Innenleitern, die jeweils zumindest abschnittsweise von einem Isolator und einem Außenleiter umgeben sind. Dadurch ergibt sich eine koaxiale Leiteranordnung mit einer guten Schirmwirkung für die signalführenden Innenleiter.
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Die Innenleiter des als Kuppler dienenden, erfindungsgemäßen Mehrfachsteckverbinders 1 sind zweiteilig ausgeführt und umfassen einen steckseitig angeordneten, rohrförmig ausgebildeten ersten Innenleiterteil 3 und einen leiterplattenseitig angeordneten, stiftförmig ausgebildeten zweiten Innenleiterteil 4. Beide Innenleiterteile 3, 4 weisen Längsachsen auf, die sich in einem Winkel von ca. 90° kreuzen. Im Kontaktbereich der beiden Innenleiterteile 3, 4 ist ein Innenleitergelenk ausgebildet, das ein Verdrehen der Innenleiterteile 3, 4 relativ zueinander ermöglicht. Hierzu ist das dem zweiten Innenleiterteil 4 zugewandte Ende des ersten Innenleiterteils 3 gabelförmig ausgebildet. Zwischen zwei Laschen 5 ist ein Längsschlitz ausgebildet, der beidseitig an einer Stelle ausgebuchtet ist. An dieser Stelle ist ein zylindrischer Abschnitt des zweiten Innenleiterteils 4 unter geringfügiger Aufweitung des Schlitzes und damit einer elastischen Auslenkung der zwei Laschen 5 gehalten. Diese Ausgestaltung des Innenleitergelenks ermöglicht ein weitgehend reaktionskraftfreies Verschwenken des ersten Innenleiterteils 3 um die Längsachse des zweiten Innenleiterteils 4 sowie um eine zu den Längsachsen beider Innenleiterteile 3, 4 senkrechte Achse.
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Die Innenleiter sind weitgehend unbeweglich in Aufnahmeöffnungen je eines Isolators aufgenommen. Die Isolatoren des Mehrfachsteckverbinders 1 sind ebenfalls zweiteilig ausgeführt. Diese umfassen einen ersten Isolatorteil 6, der den jeweiligen ersten Innenleiterteil 3 vollständig und den das Innenleitergelenk ausbildenden Abschnitt des zweiten Innenleiterteils 4 aufnimmt. Weiterhin umfassen die Isolatoren des Mehrfachsteckverbinders 1 jeweils einen zweiten Isolatorteil 7, durch den sich der zweite Innenleiterteil 4 erstreckt. Die Längsachsen der Isolatorteile 6, 7 sind koaxial oder parallel zu den Längsachsen der Innenleiterteile 3, 4 ausgerichtet und verlaufen somit ebenfalls ca. rechtwinkelig zueinander. Die Isolatoren bilden zwischen den jeweiligen zwei Isolatorteilen 6, 7 ein Isolatorgelenk aus, das ein Verschwenken der Isolatorteile 6, 7 relativ zueinander ermöglicht. Entsprechend den Innenleitergelenken ermöglichen die Isolatorgelenke eine Relativdrehung (bzw. ein Verschwenken der ersten Isolatorteile 6) um die Längsachse der zweiten Isolatorteile 7 sowie um eine zu den Längsachsen beider Isolatorteile 6, 7 senkrechte Achse. Eine Relativdrehung um die Längsachse des ersten Isolatorteils 6 ist dagegen im Wesentlichen nicht möglich.
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Zur Ausbildung der Isolatorgelenke ist jedes der ersten Isolatorteile 6 an seinem rückseitigen (d. h. nicht dem steckseitigen) Ende mit einer teilkugelförmigen Außenfläche versehen, die in einem Abschnitt an einer teilkugelförmigen Innenfläche eines Gehäuses 8 des Mehrfachsteckverbinders 1 anliegt. Zudem bilden die rückseitigen Enden der ersten Isolatorteile 6 auf den an die zweiten Isolatorteile 7 angrenzenden Seiten (in Richtung der Längsachsen der ersten Isolatorteile 6 verlaufende) Längsnuten 9 aus, in die teilzylindrische Drehzapfen 11 der zweiten Isolatorteile 7 ragen. Die in ihrer Grundform zylindrischen Drehzapfen 11 bilden sich in Richtung der Längsachsen der ersten Isolatorteile 6 erstreckende Stege 12 aus, die als Anschläge für ein Verschwenken der ersten Isolatorteile 6 um die Längsachsen der zweiten Isolatorteile 7 dienen.
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Die Isolatoren bilden jeweils eine Federvorrichtung aus, durch die die zwei Isolatorteile 6, 7 in die in der 5 dargestellte Neutralposition beaufschlagt werden. Die Federvorrichtungen umfassen jeweils einen teilweise umlaufenden, eine Kante ausbildenden Vorsprung 13 auf dem kugelförmigen Ende des ersten Isolatorteils 6 sowie einen elastisch auslenkbaren, bügelförmigen Abschnitt 14 des zweiten Isolatorteils 7. Der umlaufende Vorsprung 13 des ersten Isolatorteils 6 liegt in der Neutralposition im Wesentlich über seiner gesamten Länge an einer ebenen Kontaktfläche des auslenkbaren Abschnitts 14 an.
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Sofern die beiden Steckverbinder, anders als in der 5 dargestellt, nicht im Wesentlichen exakt koaxial bezüglich der Längsachsen der steckseitigen Teile der Innenleiter bzw. der Isolatoren zusammengesteckt werden, führt ein Kontakt von Außenleitern des Gegensteckverbinders 2 mit den jeweils einen konisch ausgebildeten, umlaufenden Vorsprung 19 aufweisenden, steckseitigen Enden der ersten Isolatorteile 6 zu einer seitlichen Auslenkung bzw. zu einem Verschwenken der ersten Isolatorteile 6, wie dies in der 6 beispielhaft für ein Verschwenken um die zu den Längsachsen beider Isolatorteile 6, 7 senkrecht angeordnete Achse dargestellt ist. Dabei verkippen die von den umlaufenden Vorsprüngen 13 der kugelförmigen Enden der ersten Isolatorteile 6 definierten Ebenen gegenüber den Kontaktflächen der auslenkbaren Abschnitte 14 der zweiten Isolatorteile 7. Die Drehpunkte für das Verschwenken der ersten Isolatorteile 6 liegen dabei infolge der Anlage der teilkugelförmigen Enden der ersten Isolatorteile 6 in den teilkugelförmigen Innenflächen des Gehäuses 8 in etwa in den Zentren der teilkugelförmigen Enden. Dadurch werden in Folge des Kontakts mit den umlaufenden Vorsprüngen 13 die auslenkbaren Abschnitte 14 der zweiten Isolatorteile 7 elastisch ausgelenkt. Die so erzeugte Vorspannung der auslenkbaren Abschnitte 14 bewirkt eine elastische Beaufschlagung der Isolatorteile 6, 7 in ihre Neutralpositionen.
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Die 9 und 10 zeigen eine alternative Ausgestaltung eines zweiteiligen Isolators, der in einem erfindungsgemäßen Mehrfachsteckverbinder gemäß den 1 bis 8 anstelle der dortigen Isolatoren einsetzbar ist. Bei diesem Isolator wird die elastische Beaufschlagung der Isolatorteile 6, 7 in eine Neutralstellung erreicht, in dem eine ebene Stirnfläche des ersten Isolatorteils 6 an einer (geschlossenen,) ebenen Kontaktfläche eines elastisch auslenkbaren Abschnitts 14 des zweiten Isolatorteils 7 anliegt. Ein Verschwenken des ersten Isolatorteils 6 aus der Neutralstellung heraus bewirkt wie bei den in den 1 bis 8 gezeigten Isolatoren ein elastisches Auslenken des auslenkbaren Abschnitts 14 des zweiten Isolatorteils 7.
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Beide Steckverbinder weisen Außenleiter auf, die die dazugehörigen Innenleiter zumindest abschnittsweise koaxial umgeben. Weiterhin ist bei beiden Steckverbindern vorgesehen, dass die aus elektrisch leitfähigem Material ausgebildeten Gehäuse 8, 15 zumindest einen Teil der jeweiligen Außenleiter darstellen. Bei dem Mehrfachsteckverbinder 1 ist für jeden Innenleiter ein ringförmiger Federlaschenkorb 16 aus elastischem, elektrisch leitfähigem Material vorgesehen, der mit dem Gehäuse 8 verbunden ist. In die Federlaschenkörbe 16 wird jeweils ein rohrförmiger, einen integralen Teil des Gehäuses 15 ausbildender Außenleiterabschnitt 17 des Gegensteckverbinders 2 eingesteckt. Dabei werden die Federlaschenkörbe 16 radial aufgeweitet, so dass diese unter Druck an den Außenseiten der Außenleiterabschnitte 17 anliegen. Dadurch wird eine gute Kontaktierung zwischen den Außenleitern beider Steckverbinder auch bei einem nicht exakt koaxialen Zusammenstecken der Steckverbinder sichergestellt und somit eine Toleranz ausgleichende Funktionalität für die Außenleiter realisiert.
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Die einstückigen Innenleiter 19 des Gegensteckverbinders 2 sind stiftförmig mit um ca. 90° abgewinkeltem Verlauf ausgebildet. Mittels eines Isolators 18 aus einem dielektrischen Material wird jeder der Innenleiter 19 innerhalb des Gehäuses 15 lagegesichert und zudem von dem als Außenleiter dienenden Gehäuse 15 elektrisch isoliert.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 202012008969 U1 [0005, 0005]
