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Diese
Erfindung betrifft eine Koaxialverbinderanordnung.
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Eine übliche Anwendung
für Koaxialverbinder
mit einer Schaltfunktion findet man bei tragbaren Funktelefonen.
Tragbare Funktelefone weisen ihre eigenen Antennen auf, aber wenn
sie an einer Halterung, beispielsweise in einem Kraftfahrzeug, montiert sind,
ist das tragbare Funktelefon mit einer Antenne im Kraftfahrzeug
verbunden. Die Verbindung des tragbaren Funktelefons mit einer Kraftfahrzeugantenne
erfordert einen Schalter während
des Steckens des tragbaren Funktelefons an eine Halterung. Der Antennenverbinder
ist typischerweise ein Koaxialverbinder mit einem inneren Leiter,
der konzentrisch durch einen Erdungsleiter umgeben wird.
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Das
US 4286335 beschreibt eine
koaxiale Doppelantennenverbindungsanordnung für Kommunikationsapparate. Der
Koaxialverbinder weist einen Schalter auf.
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Das
US 4580862 offenbart einen
schwimmenden Koaxialverbinder. Der Steckverbinder umfaßt ein Montageelement
für das
Montieren an eine Schalttafel. Der Steckerkörper schwimmt im Montageelement.
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Ein
Koaxialverbinder mit einem Außengehäuse und
einem Körper,
in dem ein Mittelstift montiert ist, wird im
GB 2128038 A offenbart. Eine
kegelförmige
Feder ist zwischen dem Körper
und dem Außengehäuse vorhanden,
um zu gestatten, daß der Stift
schwimmt.
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Ein
anderes Beispiel einer Koaxialschaltverbinderanordnung wird in der
europäischen Patentanmeldung 0685911-A1 gezeigt.
Die Schaltfunktion wird durch Bereitstellung einer federbelasteten
Buchse bewirkt, die konzentrisch um einen koaxialen Mittelstiftleiter
montiert ist und gegen eine Leiteranschlussfläche vorgespannt wird. Eine
Trennung zwischen dem Mittelstift und der Leiteranschlussfläche erfolgt
während
des Steckens des komplementären Verbinders,
der das konzentrische Buchsenelement niederdrückt.
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Vom
nächstkommenden
FR-A-2733348 ist eine
Koaxialverbinderanordnung mit einem ersten Koaxialverbinder und
einem zweiten Koaxialverbinder, der damit in einer axialen Richtung
in Eingriff kommen kann, bekannt. Jeder der Verbinder umfasst einen
Eingriffsabschnitt mit einem inneren Kontakt, der von einem äußeren Kontakt
umgeben ist und davon durch ein Dielektrikum getrennt ist. Der innere Kontakt
des ersten Koaxialverbinders ist in der axialen Richtung elastisch
beweglich und im Wesentlichen stiftförmig. Der erste Verbinder enthält erste
und zweite Kontaktschenkel, der zweite umfasst einen elastisch unterstützten Kontaktarm
zum Eingriff gegen den anderen Kontakt, wenn die Verbinder nicht im
Eingriff sind. Der erste Kontaktschenkel kommt mit einem nicht leitenden
Abschnitt des inneren Kontakts des ersten Koaxialverbinders in Eingriff,
wenn die Verbinder im Eingriff sind und der erste innere Kontakt
des ersten Koaxialverbinders axial niedergedrückt wird. Der innere Kontakt
des ersten Koaxialverbinders wird von einer Schraubenfeder unterstützt, die
ihn zurück
in seine Anfangsposition bewegt.
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Von
JP-A-08241651 ist
ein geschalteter Koaxialverbinder bekannt, der auf einer Leiterplatte oberflächenmontiert
werden kann. Der Verbinder umfasst ein Gehäuse mit einem äußeren Kontakt
und ersten und zweiten Kontaktschenkeln, der zweite einen elastisch
unterstützten
Kontaktarm umfassend für
Eingriff gegen den anderen Kontakt, wenn der Verbinder nicht im
Eingriff ist. Weiterhin umfasst der Verbinder eine Öffnung zum
Empfangen eines komplementären
Koaxialverbinders. Der innere Leiter des komplementären Koaxialverbinders
wirkt mit dem elastischen Kontaktarm zusammen, um den Kontakt zwischen
den zwei Kontakten des geschalteten Koaxialverbinders zu öffnen.
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Eines
der Probleme der letzteren Konstruktion und weiterer Koaxialverbinder
ist, daß sie
nicht so ausgeführt
sind, daß sie
relativ große
Toleranzen bei der Positionierung von Eingriffsteilen aufnehmen. Das
ist besonders bei Anwendungen wichtig, wie beispielsweise tragbaren
Funktelefonen, wo im Vergleich zur Verbindergröße die Positionierung des tragbaren
Funktelefons in seiner Halterung (Gabel) bedeutend variieren kann.
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Ein
weiteres Problem ergibt sich aus dem häufigen Stecken und Herausziehen
und in relativ großen
Stößen und
Kräften,
denen die Kontakte bei Anwendungen, wie beispielsweise tragbaren
Funktelefonen, ausgesetzt sind. Es wäre wünschenswert, eine Koaxialverbinderanschlußfläche bereitzustellen, die
eine hohe mechanische Inanspruchnahme und eine große Anzahl
von Verbindungszyklen in einer kompakten und kostenwirksamen Weise
aushält.
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Ein
Ziel dieser Erfindung ist die Bereitstellung einer Koaxialverbinderanordnung,
die eine große
Anzahl von Steck/Herausziehzyklen in einer zuverlässigen Weise
aushält.
Es wäre
vorteilhaft, eine Koaxialverbinderanordnung bereitzustellen, die
relativ große
Toleranzen zwischen Eingriffsteilen tolerieren kann. Es wäre vorteilhaft,
eine Koaxialverbinderanordnung mit einer Schaltfunktion bereitzustellen, die
viele Verbindungs/Trennzyklen aushalten kann. Es wäre außerdem vorteilhaft,
derartige Verbinderanordnungen in einer kostenwirksamen, kompakten und
robusten Weise bereitzustellen.
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Die
Ziele dieser Erfindung wurden erreicht, indem die Koaxialverbinderanordnung
nach Patentanspruch 1 bereitgestellt wurde. Hierin wird eine Verbinderanordnung
offenbart, die aufweist: einen ersten Koaxialverbinder; und einen
zweiten Koaxialverbinder, der damit in einer axialen Richtung in
Eingriff kommen kann, wobei jeder Verbinder einen Eingriffsabschnitt
aufweist, der einen inneren Kontakt aufweist, der durch einen äußeren Kontakt
umgeben ist und davon durch ein Dielektrikum getrennt ist, wobei
der erste oder zweite Koaxialverbinder einen kegelförmigen,
trichterartigen Einführungsabschnitt
für das
Führen
und Anordnen der Verbindereingriffsabschnitte des ersten und zweiten
Koaxialverbinders während
des Zusammensteckens aufweist, worin der innere Kontakt des ersten
Koaxialverbinders eine Stiftform aufweist und in der axialen Richtung
elastisch beweglich ist, und worin die Kontaktschenkel des ersten
Koaxialverbinders Oberflächenmontagekontaktanschlußflächen aufweisen
und an den gegenüberliegenden
Enden des Verbinders positioniert sind.
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Ein
weiteres bevorzugtes charakteristisches Merkmal ist die Bereitstellung
des axial beweglichen Mittelkontaktes des festen Verbinders, der
an den Mittelkontakt des beweglichen Verbinders anstößt. Letzterer
verbessert den Widerstand gegen Stöße und gestattet eine zuverlässige Verbindung
für viele Steck/Herausziehzyklen.
Ein Anstoßen
von Fläche an
Fläche
der Mittelkontakte ermöglicht,
daß die
Kontakte nur um ein geringes Maß aus
den Eingriffsflächen
des Dielektrikums heraus vorstehen, wodurch das Risiko des Biegens
oder eines anderweitigen Beschädigen
der Mittelstiftkontakte verringert wird.
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Einer
der Verbinder kann eine Feder aufweisen, die in einer radialen Richtung
orthogonal zur axialen Richtung elastisch ist, wobei die Feder zwischen dem
Eingriffsabschnitt und einer Halterung für die unbewegliche Befestigung
an einer Vorrichtung so positioniert ist, daß der Verbinder in der radialen Richtung mit
Bezugnahme auf die Vorrichtung elastisch schwimmfähig ist.
Die Feder kann außerdem
in der axialen Richtung für
eine axiale elastische Bewegung des Verbinders elastisch sein.
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Vorteilhafterweise
können
daher große
Toleranzen zwischen Eingriffsteilen für eine zuverlässige Verbindung über viele
Zyklen aufgenommen werden und verringern das Risiko der Beschädigung der
Eingriffsbauteile.
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Außerdem werden
bevorzugte Aspekte der Erfindung aus der folgenden Beschreibung,
den Zeichnungen oder Patentansprüchen
ersichtlich.
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Eine
Ausführung
dieser Erfindung wird jetzt als Beispiel mit Bezugnahme auf die
Fig. beschrieben, die zeigen:
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1 eine
Schnittdarstellung durch eine Koaxialverbinderanordnung entsprechend
dieser Erfindung in einer Position genau vor dem Eingriff;
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2 eine
Darstellung gleich der in 1 von der Verbinderanordnung
in der Position des vollständigen
Eingriffs;
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3 eine
Seitendraufsicht eines unbeweglichen Verbinders der Verbinderanordnung;
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4 eine
Schnittdarstellung längs
der Linien 4-4 in 3;
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5 eine
Darstellung in der Richtung des Pfeiles 5 in 4;
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6 eine
detaillierte Draufsicht des Teils einer Leiterplatte, auf dem der
Verbinder aus 3 bis 5 aufgenommen
wird;
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7 eine
auseinandergezogene Schnittdarstellung durch einen beweglichen Verbinder
der Verbinderanordnung aus 1 und 2;
und
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8 eine
Stirnseitendraufsicht des Teils des Verbinders aus 7.
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Mit
Bezugnahme auf 1 und 2 weist eine
Koaxialverbinderanordnung 2 einen ersten Verbinder 4 auf,
der auf einer Leiterplatte 5 innerhalb einer Vorrichtung,
wie beispielsweise eines tragbaren Telefons, mit einem Außengehäuse 6 für die Aufnahme
in einer Vorrichtung montiert ist, wie beispielsweise einer Telefongabel 8,
innerhalb der ein zweiter Verbinder 10 für einen
Eingriff mit dem ersten Verbinder 4 montiert ist. Hierin
nachfolgend wird der erste Verbinder 4 ebenfalls als der
bewegliche Verbinder der Vorrichtung und der zweite Verbinder 10 ebenfalls
als der unbewegliche Verbinder der Vorrichtung bezeichnet.
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Hauptsächlich mit
Bezugnahme auf 1, 2, 7 und 8 weist
der unbewegliche Verbinder 10 der Vorrichtung auf: einen
Eingriffsabschnitt 12; einen Montageabschnitt 14;
und einen Verbindungsabschnitt 16. Der Verbindungsabschnitt 16 weist
einen rohrförmigen
Abschnitt 18 mit einem Durchgang 20 für das Aufnehmen
eines inneren leitenden Drahtes 22 auf, der durch ein Dielektrikum 24 eines
Koaxialkabels 26 (beispielsweise Antenne) umgeben ist.
Die äußere Fläche 28 des
rohrförmigen Abschnittes 18 ist
für das
Aufnehmen eines äußeren Leiters 30 des
Kabels 26 darüber
vorhanden. Der äußere Leiter 30 wird
auf den rohrförmigen
Abschnitt durch Bereitstellung eines Metallringes 32 gecrimpt, der
dort herum bereitgestellt wird, und der während des Crimpvorganges plastisch
verformt wird. Letzterer sichert einerseits einen guten elektrischen
Kontakt zwischen dem äußeren Leiter 30 und
dem Verbindungsabschnitt und dient andererseits als Zugentlastung
für das
sichere Halten des Kabels 26 am zweiten Verbinder 10.
Wie in 1 gezeigt wird, crimpt sich ein hinterer Abschnitt 33 des
Sicherungsringes 32 um die äußere Isolierung des Kabels 26 herum.
Der Verbindungsabschnitt 16 weist außerdem ein leitendes Gehäuse 34 auf,
das mit dem rohrförmigen
Abschnitt 18 zusammenhängend
ist und einen sich axial erstreckenden Durchgang 36 orthogonal zum
rohrförmigen
Abschnitt und in Verbindung mit dem Hohlraum 20 dieses
für das
Aufnehmen des inneren Leiters aufweist. Der axiale Durchgang 36 ist mit
einer Abschlußkappe 37 versehen,
die ein hinteres Ende des Durchganges verschließt, sobald das Kabel am zweiten
Verbinder 10 montiert ist. Insbesondere ermöglicht das
offene Ende des Durchganges 36, daß der innere Leiter 22 des
Kabels beispielsweise an einen Verbindungsabschnitt 38 eines inneren
Kontaktes 40 des Verbinders gelötet wird. Eine dielektrische
Kappe 42 kann außerdem
für das Positionieren über den
Verbindungsabschnitt 38 des inneren Kontaktes vor dem Montieren
der Abdeckkappe 37 bereitgestellt werden, um den inneren
Kontakt 38 vom Außengehäuse und
der Abdeckkappe 34, 37 zu trennen, die die Funktion
des äußeren Leiters
durchführen.
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Der
innere Kontakt 40 ist innerhalb eines Dielektrikums 44 montiert,
das außerdem
einen äußeren Kontakt 46 konzentrisch
dort herum trägt
und sich in einer axialen Richtung A erstreckt. Der äußere Kontakt 46 ist
mit dem äußeren Leiter 34 des
Verbindungsabschnittes mittels verformbarer Crimpnasen 48 des
Verbindungsabschnittes elektrisch und mechanisch verbunden, die
um einen Vorsprung 50 herum an einem Verbindungsende des äußeren Kontaktes 46 gecrimpt
sind. Das Dielektrikum 44 ist mit einem Vorsprung 52 versehen,
der zwischen Vorsprüngen
des äußeren Leitergehäuses 34 und
des äußeren Kontaktes 46 für eine sichere
Befestigung angeordnet ist.
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Der
innere Kontakt 40 wird am Dielektrikum 44 mittels
der Arretierwiderhaken 54 sicher gehalten, die dort entlang
in einer Preßpassung
mit dem Dielektrikum 44 bereitgestellt werden. Ein Eingriffsende des
im wesentlichen zylindrisch geformten inneren Kontaktes 40 ist
mit einer Aussparung 56 versehen, die bei dieser Ausführung kegelförmig ausgeführt ist. Die
Aussparung 56 bildet eine Kontaktfläche für das Aufnehmen und Anordnen
eines komplementären Stiftkontaktes 58 des
beweglichen Verbinders 4 der Vorrichtung beim elastischen
axialen Anstoßens
daran. Das Eingriffsende 57 des inneren Kontaktes 40 ist
mit Bezugnahme auf eine Eingriffsfläche 59 des Verbinders
etwas ausgespart, obgleich es möglich ist,
die Position der dielektrischen Eingriffsfläche 59' zu variieren, wie am besten zu
sehen ist, wenn man die etwas abweichenden Ausführungen in 2 und 7 vergleicht.
Letztere liefert einen zusätzlichen Schutz
für den
inneren Kontakt und insbesondere die Kontaktfläche 56.
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Der äußere Kontakt 46 ist
mit elastischen Kragträgerkontaktarmen 60 versehen,
die sich vom Eingriffsende 59 aus erstrecken, wobei ihre
freien Enden 62 elastisch nach innen (d.h., radial zum
inneren Kontakt 40 hin) vorspannbar sind. Die freien Enden 62 sind
mit Kontaktvorsprüngen 64 für ein elastisches
Berühren
eines konzentrischen äußeren Kontaktes 66 des
passenden beweglichen Verbinders 4 der Vorrichtung versehen.
Die elastischen Kragträger 60 werden
dadurch gebildet, daß sich
axial erstreckende Schlitze aus dem im allgemeinen rohrförmig geformten äußeren Kontakt 46 herausgeschnitten werden.
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Der
Montageabschnitt 14 weist ein Federelement 68 auf,
das an einem Ende 70 am Verbindereingriffsabschnitt 12 und
am anderen Ende 72 an einem Halteelement 74 befestigt
ist, das an der Vorrichtung 8 sicher befestigt ist, die
beispielsweise das Gehäuse einer
Aufnahmegabel eines beweglichen Telefons sein könnte. Ein axiales Widerlagerelement 76 ist
sicher am Verbindereingriffsabschnitt 12 in unmittelbarer
Nähe des
Verbindungsendes 75 befestigt, um die axiale Verschiebung
des Verbinders über
eine Eingriffsseite 78 der unbeweglichen Vorrichtung 8 hinaus
zu begrenzen. Das Widerlagerelement 76 kommt mit einem
Vorsprung 79 der Halterung 8 in Eingriff. Das
Federelement 68 ist bei dieser Ausführung eine Spiralfeder mit
einer im wesentlichen sich verjüngenden
oder kegelförmigen
Form, wo ein Ende mit einem kleinen Durchmesser um den äußeren Kontakt 46 am Befestigungsende 70 des
Eingriffsabschnittes gewickelt und daran befestigt ist, und wo das
Ende mit dem großen
Durchmesser am Befestigungsende 72 der Halterung an den
Haltering 74 anstößt. Die
kegelförmige
Form der Feder ermöglicht
sowohl eine axiale Bewegung in der Richtung A als auch eine radiale Bewegung
in einer Ebene mit einer Richtung R orthogonal zur axialen Richtung
A. Das Verbinderwiderlager 76 ist daher verschiebbar an
der Oberfläche 79 der
Vorrichtung 8 montiert. Die axiale Vorspannkraft der Feder 68 ist
etwas größer als
die Eingriffskraft beim vollständigen
Eingriff der Verbinder 4, 10, so daß die Feder
im allgemeinen nur axial zusammengedrückt wird, sobald die Verbinder
vollständig
in Abhängigkeit
von den Toleranzen in Eingriff gebracht wurden. Wenn die Toleranzen
zwischen den gekoppelten Verbindern so sind, daß die Feder axial zusammengedrückt wird,
hebt das Widerlagerelement 76 von der Halterungsfläche 79 der
Vorrichtung 8 ab. Die Feder kann ebenfalls wirken, um Stöße auf den unbeweglichen
Verbinder 10 der Vorrichtung aufzunehmen, beispielsweise,
wenn das bewegliche Vorrichtungsgehäuse 6 oder andere
Gegenstände
an den Verbinder anstoßen,
so daß er
sich elastisch axial oder radial bewegt, wodurch das Risiko einer
Beschädigung
durch derartige Stöße verringert
wird.
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Wie
am besten in 2 zu sehen ist, ermöglicht die
kegelförmig
geformte Spiralfeder 68 eine wesentliche radiale Bewegung
des unbeweglichen Verbinders 10 der Vorrichtung mit Bezugnahme
auf die unbewegliche Vorrichtung 8, um Toleranzen in der
radialen Richtung beim Positionieren zwischen den Gegensteckverbindern 10, 4 aufzunehmen.
Eine elastische Folie oder Membrane 80 kann am äußeren Kontakt 46 des
Eingriffsabschnittes 12 befestigt vorhanden sein, um den
Hohlraum 82 der Vorrichtung 8 abzudecken, innerhalb
dessen der Eingriffsabschnitt 12 aufgenommen wird. Letzteres
dient dazu, das Eindringen von Staub und dergleichen in die Vorrichtung zu
verhindern.
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Hauptsächlich mit
Bezugnahme auf 1 bis 5 weist
der bewegliche Verbinder 4 der Vorrichtung ein dielektrisches
Gehäuse 84 auf,
in dem der Mittelkontakt 58 axial verschiebbar montiert
ist, und ein äußerer Kontakt 66 ist
konzentrisch um diesen herum montiert. Der Verbinder 4 weist
einen Eingriffsabschnitt 86 und einen Verbindungsabschnitt 88 auf.
Der Verbindungsabschnitt 88 weist einen ersten Kontaktschenkel 89 und
einen zweiten Kontaktschenkel 90 auf, die innerhalb der
Aussparungen 91 und bzw. 92 an einem Leiterplattenmontageende 83 des
Dielektrikums 84 montiert sind. Die Kontaktschenkel 89, 90 weisen
Oberflächenmontagekontaktabschnitte 93 für ein Oberflächenmontagelöten auf
eine Leiterplatte 94 für
eine Verbindung mit elektrischen Bauteilen von beispielsweise einem
beweglichen Telefon auf. Der zweite Kontaktschenkel 90 weist
einen elastischen Kontaktarm 96 auf, der einen Kontaktvorsprung 97 für einen
Eingriff an einer Kontaktfläche 98 des
ersten Kontaktschenkels 89 aufweist. Der Kontaktarm 96 wird
vorgespannt, wenn er im Dielektrikum 84 montiert wird,
so daß die
Kontaktflächen 97, 98 mit
einer bestimmten Kraft für
einen zuverlässigen
elektrischen Kontakt dazwischen anstoßen. Der elastische Kontaktarm 96 erstreckt
sich über
und axial unterhalb eines abgerundeten Verbindungsendes 99 des
mittleren Stiftkontaktes 58. Wenn der Stiftkontakt 58 zur
Leiterplatte 5 hin niedergedrückt wird, wird daher der Kontaktarm 96 niedergedrückt, und
die elektrische Verbindung zwischen den Schenkeln 89, 90 wird
unterbrochen. Wenn die Verbinder 10, 4 vollständig in
Eingriff sind, unterbricht daher ein Anstoßen der inneren Kontakte 40, 58 den Kontakt
zwischen den Kontaktschenkeln 89, 90, wie in 2 gezeigt
wird. Letztere Schaltfunktion bewirkt beispielsweise, daß eine Antenne
des tragbaren Funktelefons zur Antenne der unbeweglichen Vorrichtung 8 geschaltet
wird, wenn das tragbare Funktelefon daran montiert wird. Der elastische
Kontaktarm liefert ebenfalls die Federkraft für das Anstoßen des verschiebbaren inneren
Kontaktes 58 gegen den passenden inneren Kontakt 40,
so daß wenige
Bauteile benötigt
werden, um die Schalt- und Kontaktfunktionen bereitzustellen. Das
axiale Anstoßen
von Fläche
an Fläche
des verschiebbaren inneren Kontaktes 58 und des innieren
Kontaktes 40, wie in 2 gezeigt
wird, ermöglicht,
daß das
verschiebbare Kontaktende 85 nur etwas über die Eingriffsfläche 87 des Dielektrikuns 84 hinaus
vorsteht. Letzteres verringert das Risiko der Beschädigung an
den Kontakten während
des Steckens oder mit Bezugnahme auf äußere Gegenstände.
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Der äußere Kontakt 66 ist
mit einem großen kegelförmigen Einführungsabschnitt 94 für das Führen des
Eingriffsabschnittes 12 während des Steckens versehen.
Der sich verjüngende
oder kegelförmige
Einführungsabschnitt 94 ist
ziemlich beachtlich, um relativ große Toleranzen bei der radialen
Positionierung der Verbinder 4, 10 aufzunehmen.
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Die
Kontaktschenkel 89, 90, die kostenwirksam durch
Stanzen und Formen von Blech hergestellt werden können, sind
mit V-förmigen
Arretierelementen 100 versehen, die sich in gegenüberliegende Wände eines
Schlitzes 102 im Montageende 93 des Dielektrikums 84 eingraben.
Die Kontaktschenkel können
daher mit Bezugnahme auf das Dielektrikum 84 sicher befestigt
und positioniert werden, indem nur die Arretierabschnitte 100 in
den Schlitz 102 gedrückt werden.
Der Verbinder 4 kann stabil auf der Leiterplatte durch
die Lötverbindung
der Kontaktschenkel 93 zusätzlich zur Lötverbindung
des äußeren Kontaktes 66 gehalten
werden, der mit gegenüberliegenden
Lötmontageverlängerungen 104 versehen
ist, die an die Leiterplatte 5 montierbar sind. Wie in 6 gezeigt
wird, ist die Leiterplatte 5 mit bogenförmigen leitenden Leiterbahnen 106 für eine Lötverbindung mit
den Lötmontageverlängerungen 104 des äußeren Kontaktes
versehen. Infolge der bogenförmigen Form
der Verlängerungen 104,
die im wesentlichen eine Fortsetzung der zylindrischen Form des äußeren Kontaktes 66 sind,
wird eine stabile Befestigung auf der Leiterplatte zusätzlich zu
der Möglichkeit
bewirkt, daß eine
wesentliche Lötfläche um den
Verbinder 4 herum bereitgestellt wird, was die Stabilität der Lötverbindung
vergrößert. Die
Lötverbindungen
liefern ebenfalls die elektrischen Verbindungen zu den äußeren und
inneren Kontakten 66, 58.