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GEBIET DER ERFINDUNG
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Diese
Erfindung betrifft das Gebiet elektrischer Steckverbinder. Insbesondere
betrifft diese Erfindung das Gebiet elektrischer Steckverbinder
für Mehrleiterkabel.
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ALLGEMEINER STAND DER
TECHNIK
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Die
vorliegende Erfindung ist ein Schneidklemmstecker (Insulation Displacement
Connector – IDC)
zur Benutzung mit Mehrleiterkabeln, wie z.B. flexiblen Flachkabeln
(Flat Flexible Cable – FFC)
und flexiblen gedruckten Schaltungen (Flexible Printed Circuits – FPC),
der dieselbe Zweckmäßigkeit,
Kosteneinsparung, und langfristige Zuverlässigkeit bereitstellt, die
seit über
zwei Jahrzehnten für
massive Runddraht-Leiterverbindungen verfügbar sind, die einen „U"-förmigen Kontakt
benutzen. Das Ergebnis ist eine Auslegung, welche die IDC-Technologie,
die für Runddraht-Verbindungen
benutzt wird, erfolgreich auf Flachverbindungssysteme überträgt.
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Der
Begriff „U"-förmiger IDC-Kontakt
wurde ursprünglich
für die
Telefonindustrie entwickelt, um massive Runddrähte und Litzenleiterdrähte zu terminieren.
Bei diesen Steckern werden „U"-förmige Metallkontakte
benutzt, um die Isolation sowohl zu durchstechen als auch zu entfernen,
um einen gasdichten Kontakt zu dem/den darunterliegenden Leiter(n)
eines massiven Runddraht- oder eines laminierten Mehrleiter-Runddrahtkabels herzustellen.
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Die
Anwendung eines IDC zur Benutzung bei Mehrleiterkabeln kann zu signifikanten
Kosteneinsparungen führen.
Bei gegenwärtigen Steckverbindern
müssen
die Steckverbinder des Mehrleiterkabels in dem Bereich freiliegen,
in dem die Verbindung hergestellt wird. Einige Steckverbinder benötigen eine
Freilegung auf beiden Seiten, und einige benötigen die Hinzufügung einer
Versteifungsfolie auf der Rückseite
des Kabels in dem Steckverbindungsbereich, oder Löcher, die
zur Positionierung und zum Belastungsabbau in das Kabel gestanzt
sind. Der Endnutzer muß die
Mehrleiterkabel spezifizieren und in bestimmten Längen kaufen,
wobei die freigelegten Bereiche entweder gestanzt oder mit Laser
geschnitten werden, und die Löcher
entweder gestanzt oder gebohrt werden. Für jeden dieser Schritte liegen
Kosten und Toleranzen vor. Eine Nichteinhaltung der Toleranzen führt zu einer
Zurückweisung
des Produkts, zu Zeitverlust, und zu Geldverlust. Mit einem IDC
ist das Freilegen der Leiter vor der Montage nicht nötig, und
ein Monteur kann einfach die fortlaufenden Mehrleiterkabellängen benutzen,
die ohne spezielle Werkzeuge zurechtgeschnitten werden können.
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Bis
heute gab es wenige Anwendungen für diese Technologie für Flachleiterkabel.
Frühere IDC-Steckerauslegungen
haben versucht, die Technologie, die für Runddrähte benutzt wird, auf Flachleiterkabel
zu übertragen,
haben jedoch dabei schwerwiegende Beschränkungen enthalten. 1 zeigt ein
Beispiel eines IDC-Steckverbinders, bei dem versucht wird, Runddrahttechnologie
für Flachleiterkabelverbindungen
zu benutzen.
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Eine
solche Beschränkung
ist, daß der
Kontakt auf beiden Seiten des Kabels durch die Isolation sticht.
Diese Beschränkung
weist mehrere inhärente Probleme
auf. Das erste Problem ist, daß die
Isolationsdistanz oder „Beabstandung" zwischen den Leitern
gesenkt wurde. Eine Senkung der Beabstandung senkt die Kapazität des Systems,
hohe Spannungen zu übertragen,
und kann Kurzschlußausfälle verursachen. Das
zweite Problem ist, daß das Durchstechen
der Isolation diese schwächt,
und dazu führen
kann, daß sie
reißt,
und ein Luftspalt zwischen benachbarten Leitern freigelegt wird,
was ebenfalls die Kapazität
des Systems zur Übertragung hoher
Spannungen senkt. Dieses Problem bereitet insbesondere deshalb Sorge,
wenn Polyimid-Isolationsmaterialien benutzt werden, die eine geringere Reißfestigkeit
aufweisen als Polyestermaterialien.
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Ein
anderes Problem tritt auf, wenn der Kupferleiter während des
Eingreifens von Kontakt und Leiter gefaltet wird. Da Kupfer ein
leitfähiges
Material ist, bietet es nicht ausreichend Federwiderstand, und führt zu einem
unzuverlässigen
elektrischen Kontakt, während
sich das Kupfer im Laufe der Zeit entspannt, und den Kontaktdruck
an dem Verbindungspunkt senkt. Wenn sich aber der Leiter nicht faltet,
wird er entweder beschädigt
oder durchtrennt. Auch sinkt seine Stromübertragungskapazität.
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Einen
großen
Teil des IDC-Markts für
Flachleiterkabel nimmt der vercrimpte Kontakttyp ein. Dieses Verbindungssystem
benutzt Kontakte, die einzeln mit den Leitern des FFC/FPC vercrimpt
werden, und dann in ein Steckergehäuse eingeführt oder direkt auf eine gedruckte
Schaltung gelötet
werden. Es gibt verschiedene Auslegungen für diesen Kontakttyp. Einer
dieser Typen sticht sowohl durch die Isolation als auch durch den
Kupferleiter, was den Leiter beschädigt und die Stromübertragungskapazität reduziert.
Eine andere Auslegung sticht durch die Isolation zwischen den Leitern,
und wickelt sich um den Leiter, um Druck auf kleine Lanzen auszuüben, die die
Isolation durchstechen, um Kontakt zu dem Leiter herzustellen. 2 zeigt
diesen Typ von vercrimptem Kontakt.
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Wie
zuvor beschrieben, reduziert das Durchstechen der Isolation zum
einen die Beabstandung zwischen den Leitern, und schwächt zum
anderen die Isolation, die reißen
kann. Beide Auslegungen beruhen auf der Ausbildung des Crimpkontakts,
der die Federkraft bereitstellt, die nötig ist, um einen gasdichten
elektrischen Kontakt aufrechtzuerhalten. Wenn der Crimpprozeß nicht
richtig und konsequent ausgeführt
wird, ist das Kontaktsystem unzuverlässig. Auch läßt diese
Verbindung das leitfähige
Material auf der Außenseite
des Kabels freigelegt, wobei nur ein Luftspalt elektrische Isolation
zwischen den Leitern bereitstellt, was die Kapazität des Systems
zum Übertragen
hoher Spannungen senkt.
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Bei
vielen dieser Auslegungen können
die Kontakte entweder beabsichtigt oder unbeabsichtigt sowohl die
Oberflächenschutzschicht
als auch die Kupferleiter des Mehrleiterkabels durchstechen. Bewegung
an den Verbindungspunkten kann dieses Kupfer der Umgebung aussetzen,
und es können sich
Kupferoxide bilden, die sich ausbreiten und schließlich die
Verbindung kontaminieren, und so einen Kurzschluß oder eine Leiterbahnunterbrechung verursachen.
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Bei
allen oben beschriebenen Auslegungen ist die Leiterdichte aufgrund
des Raums stark eingeschränkt,
der benötigt
wird, um einen Kontakt bereitzustellen, der ausreichend stark ist,
um die minimale Kontaktkraft für
eine gasdichte Verbindung bereitzustellen. Viele dieser Auslegungen
benötigen
eine große
Beabstandung zwischen den Leitern, und können nicht in neueren Systemauslegungen
benutzt werden, die Leiter mit wesentlich höherer Dichte benötigen.
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Schließlich haben
frühere
IDC-Auslegungen für
Mehrleiterkabel stets einen minimale Kontaktfläche bereitgestellt. Die verschiedenen
IDC-Auslegungen, die die Leiter entweder durchstechen oder biegen,
nutzten die Seite der Leiter, um eine Kontaktfläche herzustellen. Da die Leiter
in Mehrleiterkabeln im Allgemeinen flach sind, was bedeutet, daß die Leiter breiter
sind als tief, reduziert das Benutzen der Seite des Leiters zum
Herstellen einer Kontaktfläche
die voraussichtliche Größe der Kontaktfläche. Eine
bessere IDC-Auslegung würde
den breiten Abschnitt der Leiter nutzen und so die Kontaktfläche vergrößern. Eine
vergrößerte Kontaktfläche bedeutet
eine erhöhte
Stromflußkapazität. Auch
wird die Dichte des Mehrleiterkabels durch das erforderliche Durchstechen
der Isolation zwischen den Leitern gesenkt, anstelle der Herstellung
eines Kontakts zu den Leitern an ihrer breiteren Fläche.
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Dokument
EP-A-0 239 422 offenbart eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch
1, und einen Kontakt gemäß dem Oberbegriff
von Anspruch 25.
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Kurzdarstellung der Erfindung
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Die
Erfindung entspringt der Einsicht, daß ein IDC kompakter ausgebildet
werden kann als zuvor verfügbare
Steckverbinder, indem ein schmalerer Kontakt für jeden Leiter in dem Mehrleiterkabel
benutzt wird, daß er
praktischer ausgebildet werden kann, indem allen Leitern, die in
dem Mehrleiterkabel aufgenommen sind, ermöglicht wird, mit einer einzigen
Nutzerbewegung verbunden zu werden, und daß er mit Mehrleiterkabeln verbunden
werden kann, ohne die mechanische oder elektrische Intaktheit der Kabelleiter
zu beschädigen.
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Es
ist deshalb eine Aufgabe dieser Erfindung, daß alle Leiter in dem Mehrleiterkabel
mit der Erfindung durch eine einzelne Nutzerbewegung Kontakt herstellen
können.
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Es
ist eine weitere Aufgabe dieser Erfindung, einen IDC bereitzustellen,
der Mehrleiterkabel verbindet, ohne den Leitern des Mehrleiterkabels übermäßige mechanische
Beschädigung
zuzufügen.
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Es
ist eine weitere Aufgabe dieser Erfindung, einen IDC bereitzustellen,
der mit Mehrleiterkabeln verbunden werden kann, ohne die Leitfähigkeit
der Leiter des Mehrleiterkabels zu beeinträchtigen.
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Es
ist eine weitere Aufgabe dieser Erfindung, einen IDC bereitzustellen,
der mit Mehrleiterkabeln verbunden werden kann, ohne daß die vollständige Entfernung
der Isolation an den Leitern erforderlich ist.
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Es
ist eine weitere Aufgabe dieser Erfindung, einen IDC bereitzustellen,
der an jeder Position der Erstreckung des Kabels verbunden werden
kann.
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Es
ist eine weitere Aufgabe dieser Erfindung, einen IDC bereitzustellen,
der ohne eine spezielle Vorbereitung des Kabels benutzt werden kann.
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Es
ist eine weitere Aufgabe dieser Erfindung, einen IDC bereitzustellen,
der die Beabstandung zwischen den Leitern des Mehrleiterkabels aufrechterhält.
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Es
ist eine weitere Aufgabe dieser Erfindung, einen IDC bereitzustellen,
der die Kabelbelastung automatisch senkt.
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Es
ist eine weitere Aufgabe dieser Erfindung, einen IDC bereitzustellen,
der im Laufe der Zeit ausreichend Kontaktdruck für eine gasdichte Verbindung aufrechterhält, nachdem
eine vollständige
Ineingriffnahme erreicht ist.
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Es
ist eine weitere Aufgabe dieser Erfindung, einen IDC bereitzustellen,
der die breitere Fläche
der Leiter kontaktiert, um die Stromübertragungskapazität zu erhöhen.
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Die
Erfindung stellt eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1 und einen Kontakt
gemäß Anspruch
25 bereit.
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Kurze Beschreibung der
Figuren
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1 zeigt
den Querschnitt eines üblichen Schneidklemmsteckers,
der im Stand der Technik verfügbar
ist, wie er auf ein flexibles Flachkabel angewandt ist.
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2 zeigt
einen vercrimpten Kontakt des Stands der Technik.
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3 zeigt
einen Querschnitt einer grundlegenden Ausführungsform dieses Steckverbinders.
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4 ist
eine dreidimensionale Darstellung des Steckverbinders.
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5 ist
eine andere dreidimensionale Darstellung des Steckverbinders aus 4,
wobei ein Ende des Steckverbinders entfernt ist, um das Betrachten
des Inneren des Steckverbinders zu ermöglichen.
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6 ist
eine andere Querschnittansicht einer anderen Ausführungsform
des elektrischen Steckverbinders.
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7 ist
eine dreidimensionale Darstellung einer Ausführungsform der Basis des elektrischen Steckverbinders.
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8 ist
eine auseinandergezogene dreidimensionale Ansicht einer Ausführungsform
des Steckverbinders.
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9 ist
eine Draufsicht auf den Steckverbinder, die die Benutzung von Kerben
in dem Aktuator darstellt.
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10 ist
eine Seitenansicht des Steckverbinders.
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11 ist
eine Querschnittdarstellung einer anderen Ausführungsform dieser Erfindung,
wobei der Steckverbinder als ein Platte-zu-Platte-Steckverbinder
benutzt wird.
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12 ist
eine andere Querschnittdarstellung der Ausführungsform aus 11,
wobei die Verbindungsplatte in den Steckverbinder eingeführt ist.
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13 ist
eine Querschnittdarstellung einer anderen Ausführungsform dieser Erfindung,
wobei eine Auslegung mit mehreren Höckern für den Kraftkonzentrator benutzt wird.
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14 ist
eine vergrößerte Ansicht
der Darstellung aus 13, um die Auslegung mit mehreren Höckern zu
vergrößern.
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15 ist
eine Querschnittansicht einer anderen Ausführungsform der Erfindung.
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16 ist
eine Querschnittansicht einer anderen Ausführungsform der Erfindung.
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17 ist
eine Querschnittansicht des Mehrleiterkabels.
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Genaue Beschreibung von
Ausführungsformen
der Erfindung
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Eine
Ausführungsform
der Erfindung ist ein elektrischer Steckverbinder 10, gezeigt
in 3, zum Verbinden eines Mehrleiterkabels 12.
Ein Mehrleiterkabel 12 ist ein Kabel wie z.B. ein flexibles
Flachkabel, gedruckte Schaltungen, und ähnlich aufgebaute Kabel, wobei
der Querschnitt des Leiters 26 eine Breitendimension 13 aufweist,
die größer ist
als die Dickendimension 14. Der erfindungsgemäße elektrische
Steckverbinder 10 weist eine Basis 16 zum Aufnehmen
mehrerer Kontakte 18 auf. Die Kontakte 18 sollten
im wesentlichen parallel zueinander angeordnet sein, und sind zumindest
teilweise in der Basis 16 des elektrischen Steckverbinders 10 angeordnet.
Jeder Kontakt 18 weist wenigstens eine Schneidklemmfläche 34 auf.
Die Schneidklemmfläche 34 ist vorzugsweise
ein Teil des Kontakts 18, und ist orientiert, um Isolierung 22 entlang
der Breitendimension 13 der Leiter 26 zu entfernen,
beschrieben als eine Breitenoberfläche 15. Der abschließende Teil
des elektrischen Steckverbinders 10 ist, in einer seiner umfassendsten
Ausführungsformen,
ein Aktuator 24, der mit der Basis 16 in Eingriff
gelangen kann, um das Mehrleiterkabel 12 gegen mehrere
Kontakte 18 zu drücken,
und insbesondere, um die Breitenoberfläche 15 von jedem der
Leiter 28 gegen die Schneidklemmfläche 34 der Kontakte
zu drücken.
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Durch
Drücken
des Mehrleiterkabels 12 gegen die Kontakte 18,
und damit gegen Schneidklemmfläche 34,
wenn der Aktuator 24 mit der Basis 16 verbunden
wird, entfernen die Kraft und die Reibung zwischen dem Mehrleiterkabel 12 und
der Schneidklemmfläche 34 die
Isolation 22 von jedem der Leiter 26 entlang der
Breitenoberfläche 15.
Während
der Aktuator 24 in Eingriff mit der Basis 16 gelangt,
werden die Leiter 26 gegen die Kontakte 18 gedrückt und
gehalten, wodurch eine elektrische Verbindung hergestellt wird.
Eine zweite Gruppe von Leitern ist mit Hilfe eines von vielen Mitteln,
die für
Fachleute offensichtlich sind und die deshalb nicht Teil der Erfindung
sind, mit den Kontakten 18 verbunden, und wenn die Basis 16 und
der Aktuator 24 verbunden werden, ist der elektrische Schaltkreis
mit dem Mehrleiterkabel 12 vollständig.
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Diese
Auslegung ist ähnlich
wie ein elektrischer Steckverbinder für ein Einzelleiterkabel, der
im Stand der Technik vorliegt. Für
den Einzelleiter-IDC verlaufen Schneidklemmfläche 34 und Kontakte 18 senkrecht
zu dem Leiter 26. Der erfindungsgemäße Steckverbinder 10,
der hier beansprucht wird, dreht den Leiter 26 im wesentlichen
um neunzig Grad im Verhältnis
zu dem Steckverbinder 10. Auf diese Weise verlaufen die
Kontakte 18 parallel zu der Bahn der Leiter 26,
was die Mehrleiterverbindung auf minimalem Raum erleichtert.
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Eine
leichte Modifizierung der Auslegung kann durchgeführt werden,
indem die Schneidklemmfläche 34 dazu
veranlaßt
wird, aus wenigstens einer der Verlängerungen 28 hervorzuragen.
Diese Modifizierung erzeugt eine Schneidkante 20, und ändert die
Dynamik des Kontakts 18, obwohl das erfinderische Konzept
der Erfindung 10 unverändert bleibt.
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Ein
engeres Konzept der Erfindung beinhaltet, daß die Gestalt jedes Kontakts 18 durch
zwei Verlängerungen 28 repräsentiert
ist, die mit einer Mulde 30 dazwischen wenigstens teilweise
in dieselbe Richtung extrudieren. Ein Querstab 32 verbindet
die Verlängerungen 28.
Dann ist wenigstens eine Schneidklemmfläche 34 an wenigstens
einer Verlängerung 28 angeordnet,
und orientiert, um Isolation 22 von der Breitenoberfläche 15 wenigstens
eines Leiters 26 zu entfernen. Die resultierende Gestalt
des Kontakts 18 ist ähnliche
wie die einer Stimmgabel. Eine weitere Einengung dieses Konzepts
der Erfindung 10, gezeigt in 6, beinhaltet
das Anordnen wenigstens eines Kraftkonzentrators 42 an
jeder der Verlängerungen 28.
Die Kontakte 18 wären
derart ausgelegt, daß,
wenn der Aktuator 24 das Mehrleiterkabel 12 in
die Basis 16 und gegen den Kraftkonzentrator 42 drückt, die
Verlängerungen 28 auswärts bewegt
werden und die Mulde 30 erweitern, und so die Reibung reduzieren,
die von dem Aktuator 24 gegen die Schneidklemmflächen 34 ausgeübt wird.
Der Kraftkonzentrator 42 hebt die Schneidklemmfläche 34 von
dem Kabel 12 an, um zu vermeiden, daß zu viel von dem Leiter 26 freigelegt
wird, und auch, um zu verhindern, daß die Schneidklemmfläche 34 bei vollständigem Eingriff
gegen die Leiter 26 reibt. Der Punkt des vollständigen Eingriffs
ist hier als der Punkt beschrieben, an dem der Aktuator 24 mit
maximaler Tiefe in die Basis 16 gedrückt wurde, sodaß die Schneidklemmflächen 34 an
den Kontakten 18 in stabilem elektrischem Kontakt mit den
Leitern des Kabels 12 stehen. Der Kraftkonzentrator 42 weist
in einer Ausführungsform
wenigstens zwei Höcker 50 an wenigstens
einer der Verlängerungen 28 auf,
wobei der erste Höcker,
der mit einem Leiter 26 in Kontakt tritt, verbleibenden
Kleber und Oxidation von dem Leiter 26 wischt, und der/die
verbleibende(n) Höcker 50 zum
Aufrechterhalten des elektrischen Kontakts mit dem Leiter 26 benutzt
wird/werden.
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Der
Steckverbinder 10 weist außerdem ein Tiefenbegrenzungsmerkmal
auf, um eine mechanische Korrektur für dickere Mehrleiterkabel 12 durchzuführen, und
um zu verhindern, daß die
Schneidklemmflächen 34 zu
tief in das Mehrleiterkabel 12 schneiden und so die Leiter 26 beschädigen. Das Tiefenbegrenzungsmerkmal
ist eine Kombination des Kraftkonzentrators 42, des Einlaufradius
an der Kabelbildungsführung 54,
und des Tiefenbegrenzers 48, der ein Vorsprungsniveau der
Schneidkante 20 von der Verlängerung 28 ist, wie
in 14 gezeigt.
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Ein
anderes engeres Konzept der Erfindung erfordert es, daß der Querschnitt
des Zylinders 44 des Aktuators 24 ähnlich wie
die Mulde 30 geformt ist, wie in 3 gezeigt,
um dicht in die Mulde 30 des Kontakts 18 einzupassen,
und um den Gleitreibungsdruck des Mehrleiterkabels 12 gegen
die Schneidklemmflächen 34 zu
maximieren.
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Ein
anderes Element, das der Erfindung hinzugefügt werden kann, ist das Austatten
der Basis 16 des elektrischen Steckverbinders 10 mit
Schlitzen zum Verbinden mit einem mit einem Stift versehenen elektrischen
Steckverbinder. Alternativ kann sich, wenn die Basis 16 geschlitzt
ist, ein Pfosten 36 von dem Querstab 32 jedes
Kontakts 18 durch die Schlitze 38 in der Basis 16 erstrecken,
um mit einer Verbindungshülse
oder direkt mit dem Mehrleiterkabel 12 verbunden zu werden.
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Ein
anderes engeres Konzept der Erfindung beinhaltet wenigstens einen
isolierenden Teiler 40, gezeigt in 7, der wenigstens
teilweise zwischen einem Paar von Kontakten 18 in der Basis 16 angeordnet
ist. Die isolierenden Teiler 40 können auch benutzt werden, um
die Kontakte 18 mit Intervallen anzuordnen, um eine Anpassung
an die Beabstandung der Leiter 26 des Mehrleiterkabels 12 zu
erreichen. Eine Ausführungsform
des isolierenden Teilers 40 ist es, die Teiler 40 an
die Kontakte 18 zu bonden, um eine laminierte Kontaktstruktur
zu erzeugen.
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Es
gibt außerdem
eine Anzahl von Ausführungsformvariationen
für den
Aktuator 24. In einer Ausführungsform ist der Aktuator 24 aus
einem Aktuatorzylinder 44 und einem Aktuatorhals 52 aufgebaut,
wobei der Hals 52 schmaler ist als der Zylinder 44.
Diese Auslegung des Aktuators 24 verhindert, daß die Schneidklemmflächen 34 Isolation 22 entfernen,
wenn der Aktuator 24 in vollständigen Eingriff gelangt, da
die Schneidklemmflächen 34 und
der Hals 52 nicht genug gegenläufige Kräfte erzeugen, um ein Entfernen
der Isolation 22 zu verursachen. Die Senkung des Drucks
gegen die Schneidklemmflächen 34 ermöglicht es,
daß der
gesamte Druck zwischen der Breitenoberfläche 15 der Leiter 26, durch
den Zylinder 44, und den Kraftkonzentratoren 42 konzentriert
wird, dem vorgesehenen Punkt des elektrischen Kontakts für diesen
elektrischen Steckverbinder 10, sodaß die Leitfähigkeit optimiert wird. Die
Leitfähigkeit
ist hier als Umkehrung des Widerstands zu verstehen. Der schmale
Hals 52 stellt auch eine Stelle zum Sammeln für geschnittene
und entfernte Isolation 22 bereit. Das Lenken von abgeschälter Isolation 22 in
diesen schmalen Halsbereich 52 verhindert, daß sie den
elektrischen Kontaktbereich beeinflußt oder die Verlängerung 28 zurückdrängt.
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Eine
weitere Ausführungsform
des Aktuators 24 beinhaltet, daß der Aktuator gleitend in
Eingriff mit der Basis 16 gelangen kann. Indem der Aktuator 24 verschiebbar
ausgestaltet wird, kann der Aktuator 24 von der Basis 16 gelöst werden,
um eine Umpositionierung des Steckverbinders 10 an einen
unterschiedlichen Teil des Kabels 12 zuzulassen, und den Steckverbinder 10 erneut
mit dem Kabel 12 zu verbinden, ohne den Aktuator 24 und
die Basis 16 vollständig
zu trennen. Eine ähnliche
Ausführungsform des
Aktuators 24 erlaubt es dem Aktuator 24, sich
mit der Basis 16 in mehreren Positionen zu verriegeln, von denen
eine einen ausreichenden Spalt zwischen dem Aktuator 24 und
der Basis 16 läßt, damit
das Kabel 12 zwischen dem Aktuator 24 und der
Basis 16 eingeführt
werden kann.
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Der
Aktuator 24 kann auch aus einem Material ausgebildet sein,
das innerhalb des Kraftbereichs komprimierbar ist, der von den Kontakten 18 ausgeübt werden
kann. Die Auswirkung dieser Ausbildung ist es, dem Aktuator 24 zu
erlauben, die Stärke
des Drucks zu senken, der auf das Kabel 12 und die Kontakte 18 ausgeübt wird,
wenn dieser ein Niveau erreicht, das die Leiter 26 beschädigen könnte.
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In
jeder der vorgeschlagenen Ausführungsformen
können
der Aktuator 24 und die Mulde 30 auch abgeschrägt oder
gerundet sein, um ein Drücken
des Kabels gegen die Kontakte 18 zu vereinfachen.
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Alternative Ausführungsformen
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Dieses
Patent offenbart die Auslegung für
einen verbesserten Schneidklemmstecker 10 zum elektrischen
Terminieren eines Mehrleiterkabels 12, gedruckter Schaltungen
(Printed Circuit Boards – PCB)
und ähnlicher
elektronischer Vorrichtungen. Der Steckverbinder 10 ist
aus einer elektrisch isolierenden geformten Kunststoffbasis 16 aufgebaut,
die eine Reihe von geprägten
planaren Metallkontakten 18 aufnimmt, die parallel zueinander
angeordnet sind und durch elektrisch isolierende Teiler 40 getrennt sind.
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Die
planaren Kontakte 18 sind senkrecht zu der Erstreckung
der Steckverbinderbasis 16 orientiert, was sie parallel
zu den Leitern 26 eines Kabels 12 anordnet, das
in den Steckverbinder 10 eingeführt wird. Ein elektrisch isolierender
geformter Kunststoffaktuator 24 steht in Gleiteingriff
mit der Basis 16 in einer angehobenen Position, um ein
Einführen
des Kabels 12 zuzulassen. Das Kabel 12 wird mit
Hilfe eines vertieften Schlitzes 64 in der Basis 16 genau
ausgerichtet, der für
die Breite des Kabels 12 abgemessen ist, und der die Kanten
des Kabels 12 führt.
Das Kabel 12 kann genauer ausgerichtet werden, indem ein oder
mehrere Erfassungslöcher 58,
gezeigt in 9, in den Zwischenraum zwischen
den Leitern 26 gestanzt werden, und Stifte aufnehmen, die
an dem Aktuator 24 geformt sind. Kerben 56 zur
visuellen Ausrichtung, die entlang der Außenseite des Aktuators 24 vorgesehen
sind, stellen zu Inspektionszwecken nach der Montage eine Kabelausrichtungsverifikation bereit.
Ist das Kabel 12 einmal in den Steckverbinder 10 eingeführt, wird
der Aktuator 24 mit Hilfe eines Parallelaktivitätswerkzeugs
wie z.B. einer kleinen Dornpresse oder Zwinge in die Basis 16 gedrückt, obwohl auch
die Gestalt des Zylinders 44 des Aktuators 24 verändert werden
könnte,
um die Kraft zu senken, die für
das Eingreifen des Steckverbinders 10 erforderlich ist.
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Das
Drücken
des Aktuators 24 in die Basis 16 wickelt das Kabel 12 um
den Zylinder 44 des Aktuators 24, was die Leiter 26 des
Kabels 12 dazu zwingt, einen massiven Runddraht zu simulieren, und
die Kabelbelastung senkt. Das Einführen des Aktuators 24 in
die Basis 16 veranlaßt
das Mehrleiterkabel 12 dazu, in die Kontakte 18 gedrückt zu werden. Während die
Kontakte 18 in Eingriff gelangen, durchstechen sie die
Isolation 22 des Kabels 12 und schälen sie
ab, um eine elektrische Verbindung herzustellen. Der Aktuator 24 wird
am vollständigen
Eingriffspunkt mit Hilfe geformter Schnappriegel 60 und 62 verriegelt.
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Die
Kontakte 18 sind integrierte 3-Stufen-Kontakte. Die Kontakte 18 weisen
eine Kabelformungsführung 54 und
einen Tiefenbegrenzer 48 auf, der das Kabel 12 dazu
bringt, sich eng um den Zylinder 44 des Aktuators 24 zu
wickeln, und die Verlängerungen 28 des
Kontakts 18 ablenkt, um Variationen der Materialstärke auszugleichen,
sodaß die Schneidkante 20 richtig
positioniert ist, um die Isolation 22 zu durchstechen,
ohne die Leiter 26 des Kabels 12 zu beschädigen. Die
Kontakte 18 sind derart ausgelegt, daß sie nicht die Schutzbeschichtung
der Leiter 26 zu dem darunterliegenden Kupfer durchdringen,
sodaß Kupferoxidationswachstum
kein Problem darstellt. Die Kontakte weisen auch eine Schneidkante 20 auf,
die die Isolation 22 und den Kleber von Kabel 12 sowohl
durchsticht als auch abschält,
um die Leiter 26 freizulegen, ohne sie zu beschädigen. Schließlich weisen
die Kontakte 18 einen Kraftkonzentrator 42 auf,
der sowohl die Schneidkante 20 von dem Kabel 12 abhebt,
um zu verhindern, daß zu
viel von dem Leiter 26 freigelegt wird, als auch die Verlängerung 28 ausreichend
ablenkt, um die Kraft bereitzustellen, die für eine gasdichte Verbindung
erforderlich ist. Die Auslegung der Kontakte 18 kann entweder
eine einzige Verlängerung
benutzen, die eine erhöhte
Dichte des Systems zulassen würde,
oder eine doppelte Verlängerung,
die eine Schneidkante 20 auf jeder Seite des Zylinders 44 für jeden
Leiter 26 anordnen würde.
Die Dichte des Systems ist durch die Anzahl von Kontakten 18 oder
Leitern 26 pro Zoll der Breite des Kabels 12 definiert.
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Der
Kraftkonzentrator 42 kann mit einem einzigen oder mit mehreren
Höckern 50 ausgelegt
sein. Die Auslegung mit mehreren Höckern 50, gezeigt
in 13 und 14, stellt
zusätzliche
Vorteile bereit. Zunächst
entfernt der erste Höcker 50 verbleibenden Kleber
und jedwede Oxidationsbeschichtung auf dem Leiter 26, um
es den weiteren Höckern 50 zu
erlauben, einen saubereren Kontakt herzustellen. Zweitens stellt
die Auslegung mit mehreren Höckern 50 redundante
Verbindungspunkte für
eine größere Zuverlässigkeit
bereit, und erhöht
den Oberflächenbereich
der Verbindungspunkte für
eine höhere Stromleitkapazität. Schließlich, wie
in 14 gezeigt stellt das Zentrieren der Höcker 50 auf
dem Zylinder 44 des Aktuators 24 eine effektive
Verriegelung an dem Aktuator 24 bereit, für eine größere Stabilität der Verbindung
bei Vibration.
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Die
Kontakte 18 durchstechen und entfernen die Isolation 22 des
Mehrleiterkabels 12 derart, daß die Isolation 22 zwischen
den Leitern 26 übrig
bleibt. Eine Unterbrechung oder Entfernung dieser Isolation 22 zwischen
den Leitern 26 würde
nur einen Luftspalt als elektrischen Widerstand zwischen den Leitern 26 des
Schaltkreises übrig
lassen, und würde
so den Hochspannungswiderstand des Systems senken. Indem die Isolation 22 zwischen
den Leitern 26 verbleibt, kann das Mehrleiterkabel 12 außerdem eine größere Reißfestigkeit
beibehalten, um während
des Eingriffs ein Reißen
von Leiter 26 aufgrund der Kraft zu verhindern, die erforderlich
ist, um die Isolation 22 zu durchstechen und abzuschälen. Eine
Teildichtung kann um die Verbindungspunkte herum erzeugt werden,
indem diesen Kontakten 18 Wärme zugeführt wird, was den Kleber in
dem Kabel 12 schmelzen und um die Verbindung herum fließen läßt.
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Die
Kontakte 18 sind auch dazu ausgelegt, frei in der Steckverbinderbasis 16 zu
schweben, sodaß sie
sich selbst zu dem Kabel 12 und dem Aktuator 24 ausrichten
können,
während
das System in Eingriff gebracht wird. Dies stellt sicher, daß der Kontaktdruck
gleichmäßig an den
zwei Verbindungspunkten verteilt wird, die zwischen den Kontakten 18 und
jedem Leiter 26 hergestellt werden. Auch sind die Kontakte 18 von
einem Potentialenergietyp, der den minimalen Kontaktdruck aufrechterhält, der
im Laufe der Zeit für
einen gasdichten Kontakt benötigt wird,
auch bei Entspannung oder Kriechdehnung der Materialien.
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Der
Aktuator 24 führt
in dem Steckverbinder 10 mehrere Funktionen aus. Er trägt dazu
bei, die Art und Weise zu simulieren, in der ein üblicher
Runddraht-IDC arbeitet und das Kabel 12 entlastet. Die Entlastung
wird erreicht, indem der elektrische Kontaktbereich von der Erstreckung
des Kabels 12 isoliert wird, das sich von dem Steckverbinder 10 erstreckt,
derart, daß jede
Bewegung oder Belastung, die auf das freie Ende des Kabels 12 ausgeübt wird, die
Stabilität
des elektrischen Kontakts zwischen den Kontakten 18 und
den Leitern 26 des Kabels 12 nicht beeinflußt.
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Durch
Wickeln des Mehrleiterkabels 12 um den gerundeten Zylinder 44 des
Aktuators 24 ist es möglich,
einen massiven Runddraht zu simulieren. Bei Runddrahtanwendungen
wird der Kupferkern des Drahts plastisch zu einer mehr rechteckigen
Form verformt, wenn er in den Kontakt 18 eingeführt wird. Die
Verformung erhöht
die Kontaktfläche
zwischen dem „U"-förmigen
Kontakt 18 und dem Kupferleiter 26. Es wird allgemein
empfohlen, daß die
Kontaktfläche
minimal das Zweifache der Querschnittfläche des Kupferleiters 26 beträgt. In der
vorgeschlagenen Auslegung des Steckverbinders 10 können sowohl die
abdeckende Isolation 22 als auch der Kunststoffaktuator 24 leicht
komprimiert werden, um die Verformung eines Runddraht-Leiters 26 zu
imitieren, um die benötigten
Kontaktfläche
zu erreichen.
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Das
Wickeln des Kabels 12 um den Aktuator 24 und das
Verriegeln desselben bringen eine automatische Entlastung für den Schaltkreis
mit sich. Dies verhindert, daß das
Kabel 12 aus dem Steckverbinder 10 gezogen werden
kann, und verhindert, daß eine
Vibration oder Bewegung des Kabels 12 unter Vibrationsbedingungen
eine Unterbrechung der elektrischen Verbindung verursacht. Die Kabelformungsführung 54 jeder
Verlängerung 28 kann
abgeschrägt sein,
um den Eingriff zwischen dem Kabel 12 und dem Zylinder 44 des
Aktuators 24 zu optimieren, die Positionierung des Kabels 12 zu
verbessern, und das Anheben des oberen Dielektrikums zu verhindern.
Es versteht sich, daß das
Abschrägen
ein Abrunden, Runden oder jede andere Aktivität bedeutet, die gewinkelte
Ecken von Gegenständen
wie z.B. der Kabelformungsführung 54 reduziert.
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Wenn
der Steckverbinder 10 in vollständigem Eingriff steht, ist
das Kabel 12 eng an das Innenprofil der Basis 16 angepaßt. Das
Innenprofil ist aus elektrisch isolierenden „Lamellen" oder isolierenden Teilern 40 aufgebaut,
die die Kontakte trennen. Dieses System isoliert jeden der Kontakte 18 und
ihre Verbindungspunkte auf effektive Weise derart, daß keine
Luftspalte vorliegen, die zu Hochspannungs-Störlichtbogenausfällen führen würden. Auch beschädigen die
Kontakte 18 nicht die Beabstandung zwischen den Leitern 26,
und benötigen
nicht mehr Raum als die Leiter 26 selbst, sodaß wesentlich
höhere
Dichten von Leitern 26 erzielt werden können. Dies geht teilweise auf
die Tatsache zurück,
daß für die Kontakte 18 keine
anderen Größenbeschränkungen
gelten als die der Materialstärke.
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Noch
höhere
Dichten von Leitern 26 können mit Hilfe einer laminierten
Struktur der Kontakte 18 erzielt werden, wobei anstelle
der isolierenden Teiler 40 der Basis 16 eine elektrisch
isolierende Schicht zwischen die Kontakte 18 laminiert
wird. Mit dieser Technologie können
Raster der Leiter 26 von unter 0,010 Zoll erreicht werden.
Ein Raster ist hier als die Mittelliniendistanz zwischen benachbarten
Leitern 26 definiert. Dichten der Leiter 26 können auch
mit Hilfe eins Systems aus mehreren Aktuatoren 24 und einem
Staffeln der Kontakte 18 an den mehreren Aktuatoren 24 erzielt
werden.
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Die
Auslegung dieses Steckverbinders 10 erlaubt es dem Kabel 12,
vollständig
durchgeführt
zu werden, sodaß der
Steckverbinder 10 an jeder Position entlang der Erstreckung
des Kabels 12 angeordnet werden kann. Dies ermöglicht den
Bau einer „Sprung"-Kabelanordnung zum
Verbinden mehrerer Vorrichtungen miteinander unter Benutzung eines einzigen
Kabels. Dieser Steckverbinder 10 kann als ein Gewindeverbinder
oder ein aufnehmender Verbinder ausgelegt sein, ohne von den Grundgedanken der
Erfindung abzuweichen.
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Der
Steckverbinder 10 könnte
alternativ als ein Platte-zu-Platte-Steckverbinder 66, 11 und 12,
aufgebaut sein. In diesem Fall würde
der Steckverbinder 66 keinen Aktuator 24 brauchen.
Die Kontakte 18 wären
dazu konstruiert, Isolation 22 durch Reibung von einer
Leiterplatte 46 zu entfernen, um eine Verbindung mit einem
oder mehreren Leitern 26 auf der Platte 46 herzustellen,
und würden
auch eine Verbindung zu einer zweiten Platte aufweisen. Die eine
Leiterplatte 46 würde
in die Kontakte 18 gedrückt, ähnlich wie
der Aktuator 24. Auf diese Weise würde der Steckverbinder 66 mit
einer Platte 46 gegenseitig verbindbar sein, und mit einer
anderen Platte verbunden werden. Die Isolation 22, die
von der Platte 46 entfernt wird, entspricht der Isolation 22,
die von dem Kabel 12 in der ursprünglichen Ausführungsform
entfernt wird. Eine Basis 16 wäre ebenfalls nötig, die
wenigstens teilweise die Kontakte 18 aufnehmen würde.
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Eine
engere Ausführungsform
des Platte-zu-Platte-Steckverbinders 66 würde das
Aufbauen der Kontakte 18 mit zwei Verlängerungen 28 beinhalten,
wobei ein Querstab 32 die Verlängerungen 28 verbinden
würde,
wodurch die Verlängerungen 28 und
der Querstab 32 benutzt würden, um die erste Leiterplatte 46 zu
verbinden, und der übrige
Abschnitt des Kontakts 18 mit der zweiten Leiterplatte
verbunden werden könnte. Ähnlich wie
bei dem ursprünglichen
Steckverbinder 10 könnte
der Platte-zu-Platte-Steckverbinder 66 mit Kontakten 18 aufgebaut sein,
die Kraftkonzentratoren 42 aufweisen, wie zuvor beschrieben.
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Eine
andere Ausführungsform
der Erfindung 10 ist eine elektrische Verbindungsvorrichtung 10 mit mehreren
Kontakten 18 und einem Gehäuse 68 vor, an dem
die Kontakte 18 gesichert sind, und das lösbar verriegelbar
und wieder verriegelbar mit dem Mehrleiterkabel 12 ist.
Während
das Gehäuse 68 im Verlauf
der Beschreibung als ein Aktuator 24 und eine Basis 16 beschrieben
wurde, kann das Gehäuse 68 anders
aufgebaut sein. Die erfinderische Natur dieser Auslegung erfordert
nicht das Vorhandensein eines Aktuators 24 oder einer Basis 16,
sondern befaßt
sich mit der Wiederverwendbarkeit des Steckverbinders 10,
und mit der Reibungsentfernung von Isolation 22, um Kontakt
zu den Leitern 26 in dem Kabel 12 herzustellen.
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Ein
Verfahren 80 zum Herstellen einer Verbindung unter Benutzung
dieser Erfindung ist ebenfalls einzigartig. Der erste Schritt ist
Drücken 82 des Kabels 12 gegen
wenigstens einen Kontakt 18. Dann erfordert dieses Verfahren 80 das
Verschieben 84 des Kabels 12 gegen den Kontakt 18 wenigstens
einmal, und in wenigstens einer Richtung, die im wesentlichen parallel
zu der Erstreckung des Kabels 12 verläuft, sodaß die Reibungskraft wenigstens
teilweise die Isolation 22 von der Breitenoberfläche 15 der mehreren
Leiter entfernt. Der letzte Schritt ist Aufrechterhalten 86 des
Kontakts zwischen dem Kabel 12 und dem Kontakt 18,
und auf diese Weise Zulassen, daß elektrischer Strom zwischen
dem Kontakt 18 und wenigstens einem der Leiter 26 fließt.
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Dieses
Verfahren 80 kann außerdem
die Schritte des Ausrichtens 88 des Kabels 12 zu
einer Steckverbinderbasis 16, und das Einführen 90 eines Aktuators 24 in
die Basis 16 aufweisen, wobei das Mehrleiterkabel 12 gegen
die Kontakte 18 gedrückt wird,
um die Isolierung 22 von den Leitern 26 an der Breitenoberfläche 15 zu
entfernen. Ein zusätzlicher Schritt
wäre das
Verriegeln 92 des Aktuators 24 mit der Basis 16 an
dem Punkt des vollständigen
Eingriffs, um elektrischen Kontakt zwischen dem Leiter 26 an
der Breitenoberfläche 15 und
dem Kontakt 18 aufrechtzuerhalten.
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Dieses
Verfahren 80 kann außerdem
das Wickeln 94 des Mehrleiterkabels 12 um den
Zylinder 44 des Aktuators 24 aufweisen, und das
enge Halten dieses Kabels gegen den Zylinder 44 mit den
Kontakten 18 derart, daß das Kabel 12 entlastet
wird.
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Diese
Erfindung kann als terminierte Kabelanordnung 70 bereitgestellt
sein. Die Anordnung 70 weist eine Basis 16, einen
Aktuator 24, und ein Mehrleiterkabel 12 auf, das
zwischen der Basis 16 und dem Aktuator 24 aufgenommen
ist. Die Anordnung 70 sollte außerdem mehrere Kontakte 18 aufweisen, die
mindestens teilweise innerhalb der Basis 16 liegen, wobei
die Leiter 26 von dem Aktuator 24 in elektrischem
Kontakt gegen die Kontakte 18 in einem Bereich der Leiter 26 gehalten
werden, wo Isolation 22 an der Breitenoberfläche 15 der
Leiter 26 teilweise von den Kontakten 18 entfernt
wurde.