DE2217511A1 - Quetsch-Anschlußstück, insbesondere für Aluminiumdraht - Google Patents

Quetsch-Anschlußstück, insbesondere für Aluminiumdraht

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  • Connections Effected By Soldering, Adhesion, Or Permanent Deformation (AREA)
  • Manufacturing Of Electrical Connectors (AREA)

Description

Molex Incorporated, eine Gesellschaft nach den Gesetzen des Staates Illinois, 5224 Katrine Avenue, Downers Grove, Illinois 60515 (V.St.A)
Quetsch- Anschlußstück;, insbesondere für Aluminiumdraht
Die Erfindung betrifft ein Quetsch-Anschlußstück, insbesondere zum Anquetsehen an einen Aluminiumleiter, mit einem passenden elektrischen Kontaktabschnitt und einem Leiter-Erfassungsabschnitt.
Aluminiumdrähte haben gegenüber Drähten aus Kupfer große Vorzüge, insbesondere weil Aluminium eines der am häufigsten und reichlichsten vorkommenden Elemente dieser Erde ist, während Kupfer immer teurer wird und dessen Vorräte knapp sind. Hinzukommt, daß die meisten der führenden Kupfergewinnungs-Länder dieser Erde zur Zeit unstabile Regierungen besitzen, so daß die Kupferversorgung und die Kostenentwicklung unsichere Wirtschaftsfaktoren darstellen.
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Obwohl Aluminium einen etwas höheren spezifischen Widerstand aufweist als Kupfer, vom Querschnitt her betrachtet, so ist Aluminium dennoch der bessere Leiter, wenn man die Gewichte vergleicht. Kaufmännisch gesehen kann man mit Aluminium mehr Strom pro Dollar oder DM transportieren als mit Kupfer. Das ist bekannt und kommt besonders deutlich darin zum Ausdruck, daß praktisch alle heute benutzten Langstrecken-Hochspannungsleitungen aus Aluminiumdraht bestehen.
Dennoch sei nicht verschwiegen, daß Aluminium gewisse Probleme aufwirft, die bis heute noch nicht vollständig ■ gelöst wurden, so daß bisher die Kupferdrähte noch nicht in allen Anwendungsgebieten durch Aluminiumdrähte ersetzt werden konnten. So überzieht sich der Luft ausgesetztes Aluminium sehr schnell mit einer Oberflächen-Cxydschicht, die einen recht guten Isolator darstellt. Quetschtman eine Klemme oder ein anderes Anschlußstück auf einfache Weise auf einen Aluminiumdraht, so wirkt diese Oxydschicht als Isolator zwischen Draht und Anschlußstück, und der Stromfluß wird behindert.
Diese Oxydschicht erschwert übrigens auch das Löten von Aluminium. Zwar ist bekannt, daß man die Oxydschicht vor dem Anquetschen eines Anschlußstückes oder einer Klemme von dem Aluminium entfernen kann; dieses Entfernen läßt sich aber nur bei Volldraht einigermaßen leicht durchführen, und es bleibt fraglich, ob das Entfernen der Oxydschicht von Volldrähten im Fertigungsablauf ohne größere Umstände überhaupt durchführbar ist. Die meisten Drähte bestehen aus verdrillten Einzeldrähten und weisen dadurch soviel Oberfläche auf, daß die Ober-
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reinigung kaum noch durchführbar ist.
Ein weiterer Nachteil von Aluminium als Leiter ist der große Wärme-Ausdehnungskoeffizient von Aluminium, der gegenüber Kupfer um etwa 45 % größer ist. Sollte es also gelingen, durch Entfernen der Oxydschicht oder auf andere Weise eine herkömmliche Quetschverbindung von guter Qualität herzustellen, so käme es unter dem Einfluß der Strom-Verlustwärme zu Ausdehnungs-Differenzen zwischen dem Aluminiumdraht und dem Messing bzw. dem anderen Metall des aufgequetschten Anschlußstückes. Da Aluminium relativ weich ist und bekanntlich leicht fließt würde die größere Wärmeausdehnung des eingequetschten Aluminiums zum Fließen innerhalb der Quetschverbindung führen. Das bedeutet, daß nach dem Abschalten des Stromes der Aluminiumdraht abkühlt und jetzt lose innerhalb des Messing-Anschlußstückes sitzt. Jetzt kann Luft zur Aluminiumoberfläche hinzutreten und schnell eine neue Oxydschicht bilden. Die oxydierte Aluminiumoberfläche bildet, wie bereits erwähnt, eine gewisse Isolierschicht, dieses führt bei eingeschaltetem Strom zu erhöhter Aufheizung des Aluminiums, ganz abgesehen vom schlechten Kontakt; so entsteht ein Teufelskreis, der bis zum völligen Versagen der Anschlußstelle führen kann.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Quetsch-Anschlußstück, welches insbesondere zum Anquetschen an Aluminium-Drähte, jedoch auch an Kupfer-Drähte geeignet ist, so auszubilden, daß vor dem Quetschvorgang keine Reinigung des Aluminiumdrahtes zur Entfernung einer Oxydschicht notwendig ist, und daß weder ein Lösen der Quetschverbindung im Dauerbetrieb noch eine Nachoxydation
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des Aluminiumdrahtes nach dem Einquetschen auftreten kann.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch einen Metall-Einsatz gelöst, der mit einer Anordnung von öffnungen versehen ist, welche so in den Leiter eindringen, daß dessen Material in die Öffnungen verdrängt wird und mit diesen eine wirksame elektrische Verbindung eingeht.
Das erfindungsgemäße Quetsch—Anschlußstück ist in seinem äußerlichem Erscheinungsbild bekannten Anschlußstücken weitgehend ähnlich; seine Besonderheit liegt jedoch in dem inneren Einsatz, der aus einem dünnen elektrisch leitenden Material wie beispielsweise einer Kupferlegierung besteht. Der Einsatz kann als Metallfolie ausgebildet sein, dessen Dicke in der Größenordnung von 0,075 mm liegt. Die Folie ist entweder durch eine Lot-, Schweiß- oder eine mechanische Verbindung wie Quetschen o. dgl. mit der Außenhülle des Anschlußstückes verbunden. Ferner besitzt der folienartige Metall-Einsatz eine Reihe von zur Innenseite des Anschlußstückes herausgestanzten Rauhigkeiten. Diese Rauhigkeiten sind etwa mit offenen Vulkan-Kegeln vergleichbar und dringen während des Quetschvorganges in den eingelegten Aluminiumdraht ein, wobei die Oberflächen-Oxydschicht des Aluminiumdrahtes durchschnitten und eine ausgezeichnete elektri- ■ sehe Verbindung hergestellt wird.
Zwar hat es schon früher Klemmen bzw. Anschlußstücke gegeben, die mit Spießen, Rauhigkeiten oder anderen Vorsprüngen versehen waren, welche die Oxydschicht von Aluminiumdraht durchdringen sollten. Die erfindungsge-
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mäßen Rauhigkeiten sind jedoch so ausgebildet, daß das Aluminium tatsächlich in die Rauhigkeiten hineingedrängt wird und dabei eine enge und feste mechanische Verknüpfung ergibt, welche sich auch nach wiederholtem Wechsel von Aufheizung und Abkühlung unter dem Einfluß des fließenden Stromes nicht lösen kann. Ein weiterer Vorteil ist, daß der äußere Mantel des Anschlußstückes die Rückseite des Folien-Einsatzes verdeckt und dabei im wesentlichen den Zutritt von Luft und Luftfeuchtigkeit verhindert, so daß eine Reoxydation des beim Quetschvorgang freigelegten Aluminiums im Kontaktbereich ausgeschlossen ist.
Nachfolgend wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der Erfindung unter Bezugnahme auf eine Zeichnung näher •erläutert. Es zeigen:
Fig, 1 eine stark yergrößerte perspektivische Darstellung eines einzelnen erfindungsgemäßen Quetsch-Anschlußstückes;
Fig. 2 das auf einem Draht aufgequetschte Anschlußstück von Fig. 1;
Fig. 2A einen Querschnitt durch eine Ebene 2A-2A von Fig. 2;
eine Draufsicht auf das noch offene Quetsch-Anschlußstück von Fig« Ij
einen Längsschnitt im Verlauf einer Linie 4-4 yon Fig« 3;
einen Querschnitt im Verlauf einer Linie 5-5 von Fig« 3;
eine End-Ansicht des Anschlußstückes;
eine abgebrochene Draufsicht auf einen mit gestanzten. Rauhigkeiten versehenen Folieneinsatz1 Öes Anschlußstückes 5
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Fig. 3
Fig. 4
Fig. 5
Fig. 6
Fig. 7
Fig. 8 einen Querschnitt durch eine einzelne Rauhigkeit im Verlauf einer Linie 8-8 von Fig. 7.in stark vergrößertem Maßstab; und
Fig. 9 einen ähnlichen Ausschnitt wie Fig. 8, jedoch bereits in Verbindung mit dem eingedrungenen Aluminium-Material eines gequetschten Leiters.
Das in den Figuren 1, 2 und 3-6 einzeln dargestellte erfindungsgemäße Quetsch-Anschlußstück 10 besitzt an einem Ende einen Stecker 12; anstelle dieses Steckers kann auch eine Steckbuchse oder ein sonstiges Verbindungselement vorhanden sein. In der Zeichnung ist dieser Stecker 12, der insbesondere zum Einstecken in ein Gehäuse o. dgl. gedacht ist, stark vereinfacht dargestellt. Nähere Einzelheiten über einen derartigen Stecker können beispielsweise der US-PS 3 178 673 entnommen werden. Der Stecker 12 steht in integraler Verbindung mit einem Leiter-Erfassungsabschnitt 14 sowie mit einem sich daran anschließenden Isolierung-Erfassungsabschnitt 16. Der Leiter-Erfassungsabschnitt 14 ist wieder unterteilt in einen Quetschabschnitt 13 zur Aufbringung einer hohen Quetschkraft und zur Herstellung einer guten leitenden Verbindung, und in einen Rippenabschnitt 15 mit höherer mechanischer Festigkeit; im Querschnitt ist der Leiter-Erfassungsabschnitt 14 annähernd V-förmig gestaltet und weist zwei Flügel 18 auf, die über eine Biegung 20 miteinander verbunden sin d. Im Rippenabschnitt 15 befinden sich einwärts geprägte Rippen 22, welche der Erfassung des einzuquetschenden Drahtes dienlich sind.
Der Isolierung-Erfassunqsabschnitt 16 ist vom Leiter-Erfassungsabschnitt 14 teilweise durch seitliche Einschnitte 24 getrennt und weist zwei Flügel 26 auf, welche
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wesentlich größer als die Flügel 18, jedoch ebenfalls im wesentlichen V-förmig gestaltet und durch eine Biegung 28 miteinander verbunden sind» Fig„ 4 und 6 lassen erkennen, daß die Biegung 28 durch ein Schrägstück 30 gegenüber der anderen Biegung 20 leicht nach außen versetzt ist, um die Unterbringung der Drahtisolierung zu erleichtern; die Flügel 28 sind durch ein ähnliches Übergangsstück 32 nach außen versetzt»
In den Figuren 1, 2 und 2A ist eine mit dem Quetsch-Anschlußstück 10 zu verquetschende elektrische Leitung 34 mit einem aus verdrillten Einzeldrähteh bestehenden Leiter 36 und einem Isoliermantel 38 dargestellt» Der Leiter 36 kann aber auch aus einem einzelnen Volldraht bestehen. Wird das Ende der Leitung 34 gemäß Fig« 2 und 2A mit dem Anschlußstück 10 verquetscht, so erfasst der Leiter-Erfassungsabschnitt 14 den im gegebenen Ausführungsbeispiel aus verdrillten Einzeldrähten bestehenden Leiter 36 und quetscht die einzelnen Drahtstränge so zusammen, daß sie ihre ursprüngliche runde Querschnittsform verlieren und alle ehemaligen Zwischenräume ausfüllen, und gleichzeitig wird dier Isoliermantel 38 im Isolierung-Erfassungsabschnitt 16 in an sich bekannter Weise so eingequetscht, daß eine Zugentlastung gebildet wird.
Der bisherige Aufbau ist an sich bekannt. Das Quetsch-Anschlußstück 10 besteht aus einem geeigneten Metall wie beispielsweise einer Kupferlegierung» Die erfindungsgemäße Besonderheit des Quetsch-Anschlußstückes 10 liegt in einem besonderen Einsatz 40 begründet, welcher aus einem dünnen Blech aus einem geeigneten Metall mit entsprechender Härte bzw. Vergütung, beispielsweise aus
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Patronen-Messing besteht. Der Einsatz 40 ist beispielsweise 0,075 nun dick, kann aber auch dicker oder dünner sein. Man kann beinahe von einer Folie sprechen. Der Einsatz kann beispielsweise durch Bördeln, Stanzen, Löten, Schweißen o. dgl. mit dem Leiter-Erfassungsabschnitt 14 verbunden sein; im vorliegenden Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der Einsatz 40 mit einem Loch 46 versehen, welchejauf einen aus dem Material des Leiter-Erfassungsabschnittes im Bereich der Biegung 20 herausgestanzten Butzen aufgeschoben und mit diesem vernietet worden ist. Der Butzen 44 ist durch eine Materialverdrängung 42 entstanden. Wie sich aus Fig. 3 entnehmen läßt, ist der Querschnitt des Butzens 44 nicht kreisförmig ausgebildet, damit der vernietete Einsatz 40 seine vorgegebene Lage beibehält, bevor das Quetsch-Anschlußstück 10 aus einem flachen Zuschnitt in die dargestellte Form gebogen wird.
In regelmäßigen Abständen ist der Einsatz 40 mit nach innen hervorspringenden Rauhigkeiten 48 versehen. Ein in Fig. 8 dargestellter, stark vergrößerter Ausschnitt aus dem Einsatz 40 laßt erkennen, daß diese Rauhigkeiten 48 an einen Vulkan-Kegel erinnern, einen Innenkegel 50 sowie eine umlaufende gezackte Oberkante 52 besitzen. Diese Oberkante 52 ist nicht nur scharfkantig, sondern auch zerrissen. Bei einer Materialdicke von 0,075 mm für den Einsatz 40 ragen die gezackten Oberkanten 52 der Rauhigkeiten 48 etwa um 0,2 mm aus der Einsatz-Cberfläche heraus, der Außendurchmesser der Rauhigkeiten 48 liegt in der Größenordnung von 0,5 mm, während der Innendurchmesser am oberen Ende etwa bei 0,25 mm liegt. Der Kegelwinkel des Innenkegels 50 liegt bei etwa 20°. Die angegebenen Dimensionen gestatten eine zuverlässige
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Funktion, es sind jedoch auch durchaus Abweichungen möglich.
Beim Quetschvorgang dringen die Rauhigkeiten 48 gemäß Fig. 9 in das Aluminium des Leiters 36 ein. Dabei schneiden nicht nur die gezackten Oberkanten 52 unter Zerstörung der Oxydschicht in den Leiter 36 ein, so daß ein guter elektrischer Kontakt mit diesem hergestellt, vielmehr drücken sich auch die Außenflächen 54 der Rauhigkeiten 48 fest gegen Bereiche des frisch freigelegten Aluminiums, während Abschnitte 56 des Aluminiums in die Innenkegel 50 hineingedrückt werden, wo ebenfallsfrisch freigelegtes Aluminium einen guten Kontakt gibt. Diese verdrängten Abschnitte 56 sind von großer Bedeutung, weil sie aufgrund ihrer guten mechanischen Verzahnung .für die Gewährleistung eines Dauerkontaktes sorgen und damit den ursprünglichen Kontakt der gezackten Oberkanten 52 wesentlich unterstützen. Wenn sich das Aluminium des Gleiters 36 unter dem Einfluß der Stromwärme stärker ausdehnt als das Messingmaterial des Einsatzes 40, dann verkeilen sich died verdrängten Abschnitte 56 fest im Inneren der Innenkegel 50, weil sie vom Material des umgebenden ·Leiter-Erfassungsabschnittes 14 (siehe Fig. 9) fest eingeschlossen sind. Wie sich aus Fig. 2 und 2A entnehmen läßt, behält der rohrähnlich zusammengefaltete Leiter-Erfassungsabschnitt 14 auf seiner Oberseite eine offene Naht, welche gemeinsam mit dem eingelegten Draht 36 atmen kann und dabei einen guten mechanischen und elektrischen Kontakt behält. Beim Abkühlen verlassen die verdrängten Abschnitte 56 des Aluminiums nicht die umschließenden Innenwände der Innenkegel 50, vielmehr keilen sie sich darin fest, und die Außenwände des umgebenden Leiter-Erfassungsabschnittes 14 drängen in ihre ursprüngliche Ausgangsstellung nach und sorgen auf diese
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Weise ebenfalls für eine gute mechanische und elektrische Dauerverbindung. Wie man aus Fig. 9 entnehmen kann, hält der als Außenmantel dienende Leiter-Erfassungsabschnitt 14 Luft und Luftfeuchtigkeit von den Aluminium-Kontaktflächen im Bereich der Rauhigkeiten 48 fern. Wie bereits erwähnt, findest beim Quetschvorgang eine beträchtliche Verformung und Verdrängung der ursprünglichen Einzeldrähte des Leiters 36 statt, so daß die zuvor reichlich vorhandenen Zwischenräume zwischen den runden Einzeldrähten praktisch verschwinden; hierbei werden auch die Oxydschichten der einzelnen Drähte weitgehend zerstört und damit der Innenwiderstand reduziert. Durch die Verformung des Aluminium werden vor allem die äußeren Oxydschichten zerstört, so daß ein ausgezeichneter elektrischer Kontakt gegenüber dem Material des Einsatzes 40 auch außerhalb der Rauhigkeiten 48 hergestellt wird.
Wegen der zusätzlichen Materialdicke des Einsatzes 40 wird die Quetschverbindung im Quetschabschnitt 13 enger als in Nachbarbereichen, so daß hier der elektrische Kontakt besonders gut ausfällt, jedoch teilweise auf Kosten der mechanischen Festigkeit. Dagegen wird die maximale mechanische Festigkeit im Rippenabschnitt 15 erzielt, wo die Quetschung selbst nicht ganz so eng ausfällt.
Zur Herstellung einer erstklassigen leitenden Verbindung mit dem Leiter 36 der Leitung 34 ist eine große Anzahl der Rauhigkeiten 48 mit relativ kleinem Durchmesser erforderlich, insbesondere im Hinblick darauf, daß die einzelnen Drähte eines verdrillten Aluminiumsleiters häufig äußerst dünn sind und beispielsweise in der Größenordnung von 0,25 mm Durchmesser liegen.
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Würde man für die Rauhigkeiten einen größeren Durchmesser wählen, so wäre zu befürchten, daß mehrere Einzeldrähte beim Quetschvorgang verschnitten wurden, was nicht gerade zweckmäßig ist* Würde man für die Einsätze 40 ein dickeres Material verwenden, so hätten die Stanzwerkzeuge für die Rauhigkeiten nur eine extrem kurze Lebensdauer, weil das Verhältnis von Durchmesser zur Materialdicke zu klein wäre. Man kann also die Rauhigkeiten nicht direkt aus dem Material des Quetsch-Anschlußstückes 10 herausstanzen. Andererseits würde die Materialdicke des Einsatzes 40 nicht ausreichen, um daraus das gesamte Quetsch-Anschlußstück 10 herzustellen; die mechanische Festigkeit würde bei weitem nicht ausreichen.
Es hat sich gezeigt, daß beim Quetschvorgang der Einsatz 40 sowie andere Abschnitte des Quetsch-Anschlußstsückes 10 zusammengefaltet werden, und daß sich dabei die gezackten Oberkanten 52 der Rauhigkeiten 48 etwas im Durchmesser verkleinern. Das hat den Vorteil, daß sie dabei auf jeden Fall kleiner als der Drahtdurchmesser der Einzeldrähte des Leiters 36 werden, so daß grundsätzlich keine Gefahr mehr besteht, daß einzelne Drähte zerschnitten werden könnten.
Bekanntlich kann zwischen Kupfer bzw. einer Kupferlegierung einerseits und Aluminium andererseits eine galvanische Elementbildung auftreten. Zur Vorbeugung kann deshalb das gesamte erfindungsgemäße Quetsch-Anschlußstück 10 galvanisch verzinnt oder sonst wie geschützt sein. Zur Vermeidung von Beschädigungen der Schutzschicht auf dem Grundmaterial im Herstellungsprozeß des Anschlußstückes kann diese aufgetragen werden,
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nachdem das gesamte Quetsch-Anschlußstück 10 bereits seinen in Fig. 1 dargestellten fertigen Zustand erreicht hat.
Die Rauhigkeiten 48 haben im wesentlichen einen kreisförmigen Querschnitt, und dies ist besonders wertvoll für den Oberflächenkontakt mit dem hineingedrängten Aluminium. Eine gute Oberflächenverbindung fördert den Stromdurchfluß und verringert mechanische Probleme.
Das erfindungsgemäße Quetsch-Anschlußstück 10 eignet sich nicht nur gut für verdrillte oder massive Aluminiumdrähte, sondern auch für Kupferdrähte, und es .,kann in herkömmlichen Quetsch-Vorrichtungen verarbeitet werden.
Die Erfindung, die sichselbstverständlich nicht nur auf das zuvor beschriebene einzelne Ausführungsbeispiel beschränkt, betrifft zusammengefaßt ein Quetsch»Anschlußstück mit einem Stecker, einer Steckbuchse oder einem sonstigen Verbindungsstück zum Aufquetschen auf eine elektrische Leitung. -Das Quetsch-Anschlußstück besitzt in seinem elektrisch verbindenden Quetschbereich einen inneren Einsatz mit einer Anzahl von nach innen ragenden Rauhigkeiten bzw. nadh innen offenen gestanzten Vorsprüngen, welche nach Art eines offenen Vulkankegels in das Drahtmaterial eindringen, dabei das Material des Leiters in die Rauhigkeiten hineinverdrängen, während der äußere Mantel des Anschlußstückes eine Luft und Feuchtigkeit aus-' sperrende Umhüllung für die elektrische Verbindung zwischen dem inneren Einsatz und dem Drahtmaterial bildet.
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Claims (9)

Ansprüche
1.3Quetsch-AnschluBstück, insbesondere zum Abquetschen an einen Aluminiumleiterr mit einem passenden elektrischen Kontaktabschnitt und einem Leiter-Erfassungsabschnitt, gekennzeichnet durch einen im Erfassungsabschnitt angeordneten Metall-Einsatz C40>, der mit einer Anordnung von Öffnungen C50} versehen ist, welche so in den Leiter (36) eindringen, daß dessen Material in die Öffnungen verdrängt wird und mit diesen eine wirksame elektrische . Verbindung eingeht.
2. Anschlußstück nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, daß der Einsatz (40) kleiner als der Leiter-Erfassungsabschnitt (14) ist, so daß der Leiter (36) im Einsatz · enger gequetscht wird, als im übrigen Bereich des Leiter-Erfassungsabschnittes.
3. Anschlußstück nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung von Öffnungen (50) eine Anzahl von oben offenen Vorsprüngen (48) aufweist.
4. Anschlußstück nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die oben offenen VorSprünge (48) aus im wesentlichen keilförmigen Rauhigkeiten bestehen.
5. Anschlußstück nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß jede Rauhigkeit (48) eine scharfe und ausgezackte Frontkante (52) besitzt.
6. Anschlußstück nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Leiter-Er-
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fassungsabschnitt (14) von vorbestimmter Materialdicke, und der Einsatz (40) dagegen wesentlich dünnem, ist.
7. Anschlußstück nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Einsatz
(40) dauerhaft am Anschlußstück (10) befestigt ist.
8. Anschlußstück nach mindestens einem der vorstehenden-Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Einsatz (40) an das Anschlußstück (10) angesteckt ist.
9. Anschlußstück im auf das Ende eines Leiters aufgequetschten Zustand, nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Material des Leiters (36) in die Öffnungen (50) verdrängt ist, und daß der den Einsatz (40) abstützende Hauptabschnitt (14) des Anschlußstückes (10) die öffnungen sowie den angrenzenden Leiterbereich von Luft und Luftfeuchtigkeit abschließt.
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AS
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