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Die Erfindung betrifft eine Kontaktelementbaugruppe für einen elektrischen Steckverbinder, aufweisend einen elektrisch isolierenden Kontaktelementträger und wenigstens ein elektrisches Kontaktelement, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Die Erfindung betrifft ferner einen elektrischen Steckverbinder, aufweisend eine Kontaktelementbaugruppe.
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Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zur Montage eines elektrischen Steckverbinders.
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Aus der Elektrotechnik sind diverse elektrische Steckverbinder bekannt. Elektrische Steckverbinder dienen bekanntermaßen dazu, elektrische Leistung und/oder Datensignale an korrespondierende Gegensteckverbinder zu übertragen. Bei einem Steckverbinder bzw. Gegensteckverbinder kann es sich u. a. um einen Stecker, einen Leiterplattenstecker, einen Einbaustecker, eine Buchse, eine Kupplung oder einen Adapter handeln. Die im Rahmen der Erfindung verwendete Bezeichnung "Steckverbinder" bzw. "Gegensteckverbinder" steht stellvertretend für alle Varianten.
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Elektrische Steckverbinder weisen typischerweise einen isolierenden Kontaktelementträger auf, in dem die jeweiligen Kontaktelemente aufgenommen und fixiert werden können. Hierfür sind in dem Kontaktelementträger in der Regel jeweilige Kontaktaufnahmen für die einzelnen Kontaktelemente vorgesehen. Der Kontaktelementträger kann schließlich in einem Außengehäuse und/oder in einem Außenleiterkontaktelement aufgenommen und befestigt werden. Beispielhaft sei diesbezüglich auf die
EP 3 660 986 A1 verwiesen.
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Eine Fixierung der Kontaktelemente in dem isolierenden Kontaktelementträger erfolgt gemäß dem Stand der Technik in der Regel kraftschlüssig und/oder formschlüssig. Beispielsweise sei auf die
WO 2022/175334 A1 verwiesen, gemäß deren Lehre ein Kontaktelementträger eines gewinkelten Steckverbinders die Innenleiterkontaktelemente mittels rippenförmiger Bereiche kraftschlüssig fixiert. Alternativ oder ergänzend sind formschlüssige Verrastungen der Kontaktelemente in dem Kontaktelementträger bekannt, insbesondere unter Verwendung von Schnapphaken, die während der Montage des Kontaktelements ausgehend von einem mechanisch entspannten Zustand zunächst entgegen einer elastischen Rückstellkraft aufgefedert werden müssen, und die sich nach der Montage des Kontaktelements aufgrund der elastischen Rückstellkraft wieder in die Ausgangsposition zurückbewegen. Die Entriegelung des Schnapphakens bzw. der bekannten formschlüssigen Verriegelungen erfolgt damit also unter Aufbringung einer entsprechenden Einfügekraft. Das heißt, die Kontaktelemente müssen im Rahmen der Montage in die entsprechenden Kontaktaufnahmen des Kontaktelementträgers eingepresst werden.
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Bei den bekannten Montagetechniken ist es somit in der Regel erforderlich, eine Druckspannung zwischen dem Kontaktelement und dem Kontaktelementträger zu erzeugen. Dies kann mitunter problematisch sein, wenn das Kontaktelement in dem entsprechenden Bereich nicht ausreichend mechanisch robust ausgebildet ist oder kritische funktionale Bereiche aufweist, wie beispielsweise Crimpbereiche, auf die eine Spannungseinwirkung vermieden werden sollte. Im Rahmen der bekannten Montagetechniken können Kontaktelemente mitunter mechanisch geschwächt oder beschädigt werden, was später zu einem verfrühten Bauteilversagen führen kann. Bei den bekannten Techniken, die ein Aufspreizen von Rastelementen erfordern, ist außerdem in der Regel eine Einführhilfe erforderlich (z. B. ein Fangtrichter oder Einführfasen), die die Bauteildicke des Kontaktelementträgers an der entsprechenden Stelle reduzieren, was die Gefahr eines späteren Materialversagens noch erhöhen kann.
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In Anbetracht des bekannten Standes der Technik besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine Kontaktelementbaugruppe bereitzustellen, die eine bauteilschonende und vorzugsweise komfortable und wirtschaftliche Steckverbindermontage ermöglicht.
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Der vorliegenden Erfindung liegt auch die Aufgabe zugrunde, einen elektrischen Steckverbinder bereitzustellen, der bauteilschonend und vorzugsweise komfortabel und wirtschaftlich montierbar ist.
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Schließlich ist es auch eine Aufgabe der Erfindung, ein bauteilschonendes und vorzugsweise komfortabel und wirtschaftlich durchführbares Verfahren zur Montage eines elektrischen Steckverbinders bereitzustellen.
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Die Aufgabe wird für die Kontaktelementbaugruppe mit den in Anspruch 1 aufgeführten Merkmalen gelöst. Hinsichtlich des elektrischen Steckverbinders wird die Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 14 und bezüglich des Verfahrens durch die Merkmale des Anspruchs 15 gelöst.
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Die abhängigen Ansprüche und die nachfolgend beschriebenen Merkmale betreffen vorteilhafte Ausführungsformen und Varianten der Erfindung.
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Die Erfindung betrifft eine Kontaktelementbaugruppe für einen elektrischen Steckverbinder, aufweisend einen elektrisch isolierenden Kontaktelementträger und wenigstens ein elektrisches Kontaktelement.
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Grundsätzlich kann der erfindungsgemäße elektrische Steckverbinder eine beliebige Anzahl elektrischer Kontaktelemente aufweisen, also beispielsweise auch lediglich ein einziges Kontaktelement (z. B. im Falle eines koaxialen Steckverbinders). Der elektrische Steckverbinder kann beispielsweise zwei, drei, vier, fünf, sechs, sieben, acht oder noch mehr elektrische Kontaktelemente aufweisen.
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Es kann vorgesehen sein, dass die Kontaktelementbaugruppe oder der elektrische Steckverbinder mehrere Kontaktelementträger für jeweils wenigstens ein elektrisches Kontaktelement aufweisen, die vorzugsweise gemeinsam in einem geeigneten Außengehäuse oder in einem Außenleiterkontaktelement montierbar sind. In der Regel ist allerdings lediglich ein einziger Kontaktelementträger vorgesehen, insbesondere ein einstückiger Kontaktelementträger.
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Erfindungsgemäß weist der Kontaktelementträger eine jeweilige Kontaktaufnahme für das wenigstens eine elektrische Kontaktelement auf. Der Kontaktaufnahme ist ein Einführungsbereich (kann auch als "Einführöffnung" bezeichnet werden) für eine Montage des elektrischen Kontaktelements in einer Montagerichtung des Kontaktelements vorgelagert.
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Die Kontaktelemente können in den jeweiligen Kontaktaufnahmen vorzugsweise einzeln aufnehmbar bzw. aufgenommen sein.
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Die Kontaktaufnahme des Kontaktelementträgers kann an den geometrischen Verlauf des Kontaktelements zumindest abschnittsweise angepasst sein. Bei der Kontaktaufnahme kann es sich beispielsweise um eine Längsnut oder um einen länglichen oder gewinkelten Kanal handeln.
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Der Einführungsbereich (vorzugsweise jeweils wenigstens ein Einführungsbereich pro Kontaktaufnahme) stellt eine Möglichkeit dar, das Kontaktelement in der Kontaktaufnahme zu montieren. Das Kontaktelement kann durch den wenigstens einen Einführungsbereich in die Kontaktaufnahme eingeführt bzw. eingelegt werden.
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Erfindungsgemäß weist der Kontaktelementträger wenigstens einen dem Einführungsbereich zugeordneten Funktionsbereich auf, der den Einführungsbereich in einem Entriegelungszustand des Kontaktelementträgers freigibt bzw. nicht blockiert, so dass das elektrische Kontaktelement durch den Einführungsbereich hindurch in die Kontaktaufnahme einführbar ist, wohingegen der Funktionsbereich den Einführungsbereich in einem Verriegelungszustand des Kontaktelementträgers zumindest abschnittsweise blockiert, so dass das elektrische Kontaktelement verliersicher in der Kontaktaufnahme aufgenommen ist.
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Bei dem Funktionsbereich kann es sich somit um einen Bereich des Kontaktelementträgers handeln, der ausgehend von einem passiven Zustand (Entriegelungszustand) in einen die Kontaktelemente in den jeweiligen Kontaktaufnahmen blockierenden Zustand (Verriegelungszustand) überführbar ist. In dem Verriegelungszustand des Kontaktelementträgers dient der Funktionsbereich somit als Blockiermittel. In dem Verriegelungszustand kann der Funktionsbereich daher beispielsweise einen Hinterschneidungsabschnitt ausbilden, hinter dem das entsprechende Kontaktelement verliersicher positioniert ist.
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An dieser Stelle sei erwähnt, dass der Kontaktelementträger im Rahmen der Erfindung eine beliebige Anzahl Funktionsbereiche aufweisen kann. In der Regel ist jeweils einem Einführungsbereich wenigstens ein Funktionsbereich zugeordnet (insbesondere ein Funktionsbereich oder zwei Funktionsbereiche), um den Einführungsbereich in dem Verriegelungszustand des Kontaktelementträgers zumindest teilweise zu verschließen bzw. zu blockieren. Es kann allerdings auch vorgesehen sein, dass ein einzelner Funktionsbereich mehreren Einführungsbereichen zugeordnet ist, so dass der Funktionsbereich in dem Verriegelungszustand des Kontaktelementträgers mehrere Einführungsbereiche gleichzeitig zu blockieren bzw. zu verschließen vermag. Im Rahmen einer minimalistischen Variante der Erfindung ist es also bereits ausreichend, wenn ein einziger Funktionsbereich vorhanden ist, der einen oder mehrere Einführungsbereiche in dem Entriegelungszustand freigibt und in dem Verriegelungszustand blockiert.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass sich der Funktionsbereich in dem Entriegelungszustand des Kontaktelementträgers in einem kräftefreien, mechanisch entspannten Zustand befindet. Der Kontaktelementträger ist unter äußerer Krafteinwirkung von dem Entriegelungszustand in den Verriegelungszustand überführbar.
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Beim Überführen des Kontaktelementträgers von dem Entriegelungszustand in den Verriegelungszustand ist die besagte Krafteinwirkung vorzugsweise zumindest auf die Funktionsbereiche gerichtet. Die Funktionsbereiche können in dem Verriegelungszustand des Kontaktelementträgers vorzugsweise gegenüber ihrem Zustand in dem Entriegelungszustand verbogen, verformt, lateral und/oder radial verschoben, gestaucht oder gespreizt sein. Nähere Details und Weiterbildungen werden nachfolgend noch angegeben.
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Im Gegensatz zu dem bekannten Stand der Technik, bei dem beispielsweise ein Schnapphaken unter Einwirkung der Einfügekraft des Kontaktelements zunächst von einem mechanisch entspannten Zustand in den Entriegelungszustand aufgespreizt werden muss, ist die Montage des Kontaktelements in der Kontaktaufnahme bzw. durch deren Einführungsbereich im Rahmen der vorliegenden Erfindung in einem kräftefreien, mechanisch entspannten Zustand des Kontaktelementträgers möglich. Erst nachdem das Kontaktelement in der jeweiligen Kontaktaufnahme montiert ist, kann durch definierte äußere Krafteinwirkung der Kontaktelementträger in den Verriegelungszustand überführt werden, in dem der Funktionsbereich ein Passieren des Kontaktelements durch den Einführungsbereich verhindert.
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Hierdurch ergibt sich gegenüber dem Stand der Technik der wesentliche Vorteil, dass das Kontaktelement schonend in die Kontaktaufnahme eingefügt werden kann, da der Einführungsbereich bereits in dem Auslieferungszustand des Kontaktelementträgers freigegeben ist. Ein Einpressen des Kontaktelements in die Kontaktaufnahme ist daher in der Regel nicht mehr erforderlich bzw. kann vorzugsweise zumindest an mechanisch kritischen Abschnitten des Kontaktelements vermieden werden. Dies ermöglicht es, selbst mechanisch fragile Kontaktelemente mechanisch sicher und schonend in Kontaktelementträgern zu montieren und anschließend in den Kontaktaufnahmen zu sichern.
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Auf Einführhilfen, wie beispielsweise Einführfasen oder Fangtrichter des Kontaktelementträgers, kann vorzugsweise ebenfalls verzichtet werden.
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Dadurch, dass die Montage der Kontaktelemente schonend erfolgen kann, kann die Lebensdauer und Zuverlässigkeit bzw. Sicherheit (z. B. Kurzschlusssicherheit) des Steckverbinders wesentlich erhöht werden.
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Die Erfindung eignet sich also besonders vorteilhaft zur Verwendung mit einem Kontaktelement, das in dem für die Montage relevanten Bereich empfindlich für eine mechanische Beschädigungen ist. In einer vorteilhaften Ausgestaltung kann daher vorgesehen sein, dass das Kontaktelement zumindest an einem Abschnitt, an dem es in dem montierten Zustand von dem Funktionsbereich innerhalb der Kontaktaufnahme gesichert wird und/oder mit dem es im Rahmen der Montage durch den Einführungsbereich in die Kontaktaufnahme eingeführt wird, einen funktionalen und/oder mechanisch fragilen Bereich aufweist, wie beispielsweise einen Verbindungsbereich mit einem elektrischen Leiter (z. B. einen durch wenigstens eine Crimplasche gebildeten Crimpbereich, eine Lötstelle oder eine Schweißnaht), eine Biegestelle, einen Abschnitt mit reduzierter Wandungsstärke oder einen Abschnitt mit reduziertem Querschnitt.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Funktionsbereich ortsnah an der zugehörigen Kontaktaufnahme ausgebildet ist, vorzugsweise unmittelbar an die zugehörige Kontaktaufnahme angrenzt.
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Insbesondere kann vorgesehen sein, dass der Funktionsbereich fest mit einer Seitenwand der Kontaktaufnahme verbunden ist, vorzugsweise einstückig bzw. monolithisch mit der Seitenwand der Kontaktaufnahme gebildet ist, insbesondere monolithisch als eine Verlängerung der Seitenwand gebildet ist (unter anderem im Verriegelungszustand kann der Funktionsbereich auch ein funktionaler Bestandteil der Seitenwand sein).
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Grundsätzlich kann in Sonderfällen allerdings auch vorgesehen sein, dass der Funktionsbereich mehrstückig mit dem Kontaktelementträger, beispielsweise der Seitenwand der Kontaktaufnahme, verbunden ist, beispielsweise über eine mehrteilige Gelenkverbindung. Bevorzugt ist allerdings die einstückige bzw. monolithische Ausgestaltung des Funktionsbereichs.
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Es kann vorgesehen sein, dass der Funktionsbereich über ein Festkörpergelenk, beispielsweise ein Filmscharnier, mit der Seitenwand der Kontaktaufnahme oder einem an die Kontaktaufnahme ausreichend ortsnah angrenzenden Bereich des Kontaktelementträgers ausgebildet ist.
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In einer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass sich der Funktionsbereich nur über einen Teilabschnitt einer Längserstreckung der Kontaktaufnahme bzw. des Einführungsbereichs erstreckt. Optional können entlang der Längserstreckung der Kontaktaufnahme bzw. des Einführungsbereichs mehrere Funktionsbereiche verteilt angeordnet sein. Entsprechend kann auch vorgesehen sein, dass sich der Einführungsbereich lediglich über einen Teilabschnitt einer Längserstreckung der Kontaktaufnahme erstreckt, wobei ebenfalls optional mehrere Einführungsbereiche entlang der Längserstreckung und der Kontaktaufnahme verteilt angeordnet sein können.
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Es kann allerdings auch vorteilhaft sein, den Einführungsbereich bzw. die Kontaktaufnahme in dem Verriegelungszustand entlang der gesamten Längserstreckung durch den Funktionsbereich zu verschließen, um eine besonders sichere elektrische Isolierung des Kontaktelements von umgebenden elektrischen Bauteilen (z. B. von dem nachfolgend noch erwähnten Außenleiterkontaktelement) bereitzustellen und/oder vor dem Hintergrund einer Impedanzanpassung.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das elektrische Kontaktelement in dem Entriegelungszustand kräftefrei durch den Einführungsbereich in die Kontaktaufnahme einführbar ist. Es kann hierfür beispielsweise vorgesehen sein, dass die Breite des Einführungsbereichs zumindest der Breite des Kontaktelements an dem entsprechenden Einfügeabschnitt entspricht.
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Der Einführungsbereich bzw. die Breite des Einführungsbereichs kann in dem Verriegelungszustand durch den Funktionsbereich verringert bzw. verengt sein, so dass das elektrische Kontaktelement den Einführungsbereich nicht mehr (kräftefrei) zu passieren vermag. Die Breite des Einführungsbereichs kann somit beispielsweise kleiner sein als die Breite des Kontaktelements an dem entsprechenden Einfügeabschnitt.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Einführungsbereich zwischen dem Funktionsbereich und einer gegenüberliegenden Wandung des Kontaktelementträgers (z. B. einer Seitenwand der Kontaktaufnahme oder einer Trennwand zwischen zwei benachbarten Kontaktaufnahmen) oder zwischen dem Funktionsbereich und einem weiteren Funktionsbereich ausgebildet ist.
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Der Einführungsbereich kann somit von dem Funktionsbereich im Verriegelungszustand einseitig oder von zwei Funktionsbereichen beidseitig verengt bzw. verkleinert sein.
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Grundsätzlich kann der Funktionsbereich beliebig ausgebildet sein und beispielsweise in dem Entriegelungszustand des Kontaktelementträgers mitunter auch noch nicht als Funktionsbereich erkennbar sein. Es kann somit vorgesehen sein, dass sich der Funktionsbereich von den umgebenden Bereichen des Kontaktelementträgers in dem Entriegelungszustand nicht ersichtlich abhebt, sondern erst beim Übergang in den Verriegelungszustand ausgebildet wird.
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In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung kann aber insbesondere vorgesehen sein, dass der Funktionsbereich als Vorsprung auf einer Mantelfläche des Kontaktelementträgers ausgebildet ist.
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Der Funktionsbereich kann somit beispielsweise als Steg, Nase, Haken, Rippe, Flügel oder sonstiger Vorsprung ausgebildet sein, der sich zur Verengung des Einführungsabschnittes bzw. zum Blockieren des Kontaktelements in der Kontaktaufnahme eignen kann.
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In einer Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Funktionsbereich das zugehörige Kontaktelement in dem Verriegelungszustand zumindest in einer ersten Raumrichtung formschlüssig sichert.
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Die erste Raumrichtung verläuft vorzugsweise entgegen der Montagerichtung des Kontaktelements in der Kontaktaufnahme.
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Der Funktionsbereich kann allerdings auch ausgebildet sein, das Kontaktelement in dem Verriegelungszustand in weiteren Raumrichtungen formschlüssig zu sichern, beispielsweise quer zu der Montagerichtung. Hierzu kann das Kontaktelement beispielsweise eine Aufnahme (z. B. eine Nut oder eine sonstige Vertiefung) aufweisen, in die der Funktionsbereich in dem Verriegelungszustand in der Art eines Riegels oder Rastelementes eingreift.
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Im Rahmen der Erfindung ist es grundsätzlich aber bereits ausreichend, wenn der Funktionsbereich das Kontaktelement lediglich entgegen der Montagerichtung in der Kontaktaufnahme sichert. Die weitergehende Fixierung des Kontaktelements in der Kontaktaufnahme kann optional durch von dem Funktionsbereich separate Anschläge und/oder Rastmechanismen der Kontaktaufnahme und/oder des Kontaktelements erfolgen.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass sich der Funktionsbereich in dem Verriegelungszustand in einem mechanisch verspannten Zustand befindet.
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Es kann vorgesehen sein, dass der Funktionsbereich ausgehend von dem Verriegelungszustand zurück in den Entriegelungszustand strebt.
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In einer Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Funktionsbereich zumindest abschnittsweise elastisch verformbar ist.
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Der Funktionsbereich kann beim Überführen des Kontaktelementträgers von dem Entriegelungszustand in den Verriegelungszustand allerdings auch zumindest abschnittsweise plastisch bzw. irreversibel verformbar sein. Eine elastische bzw. rückstellende Komponente ist daher nicht unbedingt erforderlich, kann aber gegebenenfalls hilfreich sein, wenn die Möglichkeit bereitgestellt werden soll, das Kontaktelement bedarfsweise wieder zerstörungsfrei aus dem Kontaktelementträger zu entfernen. Eine (zerstörungsfreie) Demontage des Kontaktelements ist allerdings nicht unbedingt vorgesehen.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Kontaktelement in dem Entriegelungszustand und/oder in dem Verriegelungszustand in einer zweiten Raumrichtung und/oder in einer dritten Raumrichtung in der zugehörigen Kontaktaufnahme gesichert ist, insbesondere quer zu der Montagerichtung des elektrischen Kontaktelements.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Kontaktelementträger einstückig aus einem Kunststoff ausgebildet ist.
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Der Kontaktelementträger kann vorzugsweise aus einem Thermoplast ausgebildet sein, wie beispielsweise aus Polyamid, Polyethylen, Polypropylen oder Polybutylenterephthalat. Der
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Kontaktelementträger kann gegebenenfalls aber auch aus einem Elastomer oder aus einem sonstigen Kunststoff ausgebildet sein.
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Insbesondere ein Thermoplast oder ein Elastomer kann ausreichend flexibel sein, um durch Krafteinwirkung eine geeignete Umformung oder Verschiebung der Funktionsbereiche zu ermöglichen.
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Der Kontaktelementträger kann außerdem auch aus einem Materialverbund mehrerer Kunststoffe oder aus einem Materialverbund eines Kunststoffmaterials und eines weiteren oder mehrerer weiterer Materialien ausgebildet sein. Beispielsweise kann der Kontaktelementträger aus einem Kunststoff ausgebildet sein, dem Glasfaser oder sonstige Faserbestandteile beigesetzt sind, wie beispielweise PBT-GF20.
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In einer Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Kontaktelementbaugruppe eine weitere Steckverbinderkomponente des elektrischen Steckverbinders aufweist, die zumindest abschnittsweise um den Kontaktelementträger herum angeordnet ist (beispielsweise ringförmig, teilringförmig, klammerartig, hülsenförmig oder geschlitzt hülsenförmig).
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Bei besagter weiterer Steckverbinderkomponente kann es sich vorzugsweise um eine elektrisch leitfähige Steckverbinderkomponente handeln, insbesondere um ein Außenleiterkontaktelement (z. B. um ein im Wesentlichen hülsenförmiges oder hohlzylindrisches Außenleiterkontaktelement). Es kann sich allerdings auch um eine elektrisch isolierende Steckverbinderkomponente handeln, wie beispielsweise ein isolierendes Außengehäuse oder eine Dichtung.
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Bei der weiteren Steckverbinderkomponente kann es sich neben der bevorzugten Variante eines Außenleiterkontaktelements beispielsweise um eine beliebige Hülse, einen Ring, eine (U-förmige) Klammer, eine ringförmige Dichtung, ein Steckverbindergehäuse oder Teile oder Bereiche eines Steckverbindergehäuses (wie beispielsweise Seitenstege in Kammern eines Steckverbindergehäuses) handeln. Grundsätzlich eignet sich die Erfindung zur Verwendung mit beliebigen weiteren Steckverbinderkomponenten, um die entsprechende Kraft mittelbar auf den Kontaktelementträger aufzubringen.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die weitere Steckverbinderkomponente, insbesondere das Außenleiterkontaktelement, derart auf dem Kontaktelementträger angeordnet ist, dass eine Krafteinwirkung auf die weitere Steckverbinderkomponente verwendbar ist, um den Kontaktelementträger in den Verriegelungszustand zu überführen.
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Beispielsweise kann sich ein Verbiegen oder eine Umformung der weiteren Steckverbinderkomponente (z. B. ein Crimprozess) vorteilhaft auf den in der weiteren Steckverbinderkomponente aufgenommenen Kontaktelementträger übertragen, um diesen von dem Entriegelungszustand in den Verriegelungszustand zu überführen. Auf vorteilhafte Weise kann somit die Umformung der weiteren Steckverbinderkomponente, insbesondere des Außenleiterkontaktelements, gleichzeitig zum Einfedern bzw. Umformen und/oder Verschieben der Funktionsbereiche des Kontaktelementträgers führen, um die Kontaktelemente in den Kontaktaufnahmen zu sichern. Ein separater Montageschritt zur Befestigung der Kontaktelemente kann daher entfallen.
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In einer Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die weitere Steckverbinderkomponente, insbesondere das Außenleiterkontaktelement, in dem Verriegelungszustand des Kontaktelementträgers unmittelbar auf dem Funktionsbereich aufliegt.
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Auf diese Weise kann ein Auffedern des Funktionsbereiches zurück in den Entriegelungszustand vorteilhaft blockiert werden.
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Neben der Aufgabe, das Kontaktelement in der jeweiligen Kontaktaufnahme zu sichern, können die Funktionsbereiche in dem Verriegelungszustand auch dazu dienen, die Kurzschlusssicherheit des Steckverbinders zu verbessern. Aufgrund der den Einführungsbereich zumindest abschnittsweise blockierenden Funktionsbereiche können insbesondere Kurzschlüsse zwischen den Kontaktelementen und einem etwaigen Außenleiterkontaktelement besser und dauerhafter verhindert werden, als dies mitunter beim Stand der Technik der Fall ist.
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Die Erfindung betrifft auch einen elektrischen Steckverbinder, aufweisend eine Kontaktelementbaugruppe gemäß den vorstehenden und nachfolgenden Ausführungen.
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Die Erfindung kann sich zur Verwendung mit Steckverbindern im Hochfrequenzbereich, im Hochvoltbereich oder in einem sonstigen technischen Bereich vorteilhaft eignen. Die Erfindung kann sich beispielsweise für Steckverbinder mit Kontaktelementen in koaxialer, differentieller, sternvierer, parallel-pair oder sonstiger Anordnung eignen. Ferner ist die Verwendung eines Außenleiterkontaktelements im Rahmen des erfindungsgemäßen Steckverbinders optional und nicht unbedingt erforderlich. Es kann sich daher beispielsweise auch um einen ungeschirmten elektrischen Steckverbinder handeln.
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Die Erfindung kann sich zur Verwendung mit vornehmlich länglichen bzw. geradlinigen Steckverbindern, aber auch vorteilhaft zur Verwendung mit Winkelsteckverbindern eignen. Die Erfindung wird nachfolgend im Rahmen des Ausführungsbeispiels im Wesentlichen anhand eines Winkelsteckverbinders beschrieben, was für die Erfindung jedoch nicht einschränkend zu verstehen ist. Besonders eignet sich die Erfindung außerdem zur Verwendung mit einem Kabelsteckverbinder.
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Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Montage eines elektrischen Steckverbinders, aufweisend zumindest die folgenden Verfahrensschritte:
- Bereitstellen eines elektrisch isolierenden Kontaktelementträgers;
- Bereitstellen wenigstens eines elektrischen Kontaktelements;
- Montieren des wenigstens einen elektrischen Kontaktelements in jeweiligen Kontaktaufnahmen des Kontaktelementträgers, während sich der Kontaktelementträger in einem Entriegelungszustand befindet, in dem sich ein Funktionsbereich des Kontaktelementträgers in einem mechanisch entspannten Zustand befindet und einen zugeordneten Einführungsbereich der jeweiligen Kontaktaufnahme für das Einführen des jeweiligen elektrischen Kontaktelements freigibt; und
- Aufbringen einer äußeren Kraft auf den Kontaktelementträger, um den Kontaktelementträger in einen Verriegelungszustand zu überführen, in dem der Funktionsbereich den Einführungsbereich zumindest abschnittsweise blockiert, um das zugehörige Kontaktelement in der Kontaktaufnahme zu sichern.
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An dieser Stelle sei betont, dass die genannten Verfahrensschritte nicht unbedingt in der Reihenfolge durchgeführt werden müssen, in der sie in der Beschreibung oder in den Patentansprüchen erstmals beschrieben oder erwähnt sind. Es können daher beispielsweise einzelne Verfahrensschritte oder Gruppen von Verfahrensschritten untereinander austauschbar sein, wenn dies technisch nicht ausgeschlossen ist. Auch können Verfahrensschritte miteinander kombiniert, in separate Zwischenschritte aufgeteilt oder mit Zwischenschritten ergänzt werden. Das Verfahren ist mit den genannten Verfahrensschritten auch nicht unbedingt abschließend beschrieben und kann mit weiteren, auch nicht genannten Verfahrensschritten ergänzt werden.
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Vorzugsweise erfolgt die Montage der Kontaktelemente in den Kontaktaufnahmen vollständig kräftefrei, insbesondere bezogen auf eine von dem Kontaktelement beim Einführen durch den Einführungsbereich zu überwindenden Einfügekraft. Optional kann allerdings auch bereichsweise in der Kontaktaufnahme bzw. in dem Kontaktelementträger eine herkömmliche Verklipsung oder Verrastung vorgesehen sein, zusätzlich zu der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Fixiertechnik mittels der Funktionsbereiche.
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Im Rahmen des Verfahrens kann insbesondere vorgesehen sein, dass die äußere Kraft zum Überführen des Kontaktelementträgers von dem Entriegelungszustand in den Verriegelungszustand mittelbar auf den Kontaktelementträger aufgebracht wird, indem eine weitere Steckverbinderkomponente des elektrischen Steckverbinders, insbesondere ein Außenleiterkontaktelement, das den Kontaktelementträger zumindest abschnittsweise umhüllt, mechanisch verformt wird (beispielsweise im Rahmen eines Crimpprozesses). Somit kann die Sicherung der Kontaktelemente in den Kontaktaufnahmen im Rahmen eines gemeinsamen Montageschrittes zur Fixierung der weiteren Steckverbinderkomponente bzw. des Außenleiterkontaktelements erfolgen, was eine besonders komfortable Montage ermöglicht und außerdem Montagezeit einspart, wodurch die Steckverbindermontage wirtschaftlicher im Rahmen einer Massenfertigung erfolgen kann.
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Es kann vorgesehen sein, dass die Kontaktelemente, wenn diese in den Kontaktaufnahmen montiert werden, bereits mit jeweiligen elektrischen Leitern, insbesondere Innenleitern elektrischer Kabel, verbunden sind. Die Kontaktelemente können hierfür beispielsweise einen Crimpabschnitt aufweisen, über den sie mit den elektrischen Leitern vercrimpt sind. Auch andere Befestigungstechniken sind allerdings möglich.
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Merkmale, die im Zusammenhang mit einem der Gegenstände der Erfindung, namentlich gegeben durch die erfindungsgemäße Kontaktelementbaugruppe, den erfindungsgemäßen elektrischen Steckverbinder und das erfindungsgemäße Verfahren zur Montage des elektrischen Steckverbinders beschrieben wurden, sind auch für die anderen Gegenstände der Erfindung vorteilhaft umsetzbar. Ebenso können Vorteile, die im Zusammenhang mit einem der Gegenstände der Erfindung genannt wurden, auch auf die anderen Gegenstände der Erfindung bezogen verstanden werden.
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Ergänzend sei darauf hingewiesen, dass Begriffe wie "umfassend", "aufweisend" oder "mit" keine anderen Merkmale oder Schritte ausschließen. Ferner schließen Begriffe wie "ein" oder "das", die auf eine Einzahl von Schritten oder Merkmalen hinweisen, keine Mehrzahl von Merkmalen oder Schritten aus - und umgekehrt.
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In einer puristischen Ausführungsform der Erfindung kann allerdings auch vorgesehen sein, dass die in der Erfindung mit den Begriffen "umfassend", "aufweisend" oder "mit" eingeführten Merkmale abschließend aufgezählt sind. Dementsprechend kann eine oder können mehrere Aufzählungen von Merkmalen im Rahmen der Erfindung als abgeschlossen betrachtet werden, beispielsweise jeweils für jeden Anspruch betrachtet. Die Erfindung kann beispielsweise ausschließlich aus den in Anspruch 1 genannten Merkmalen bestehen.
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Es sei erwähnt, dass Bezeichnungen wie "erstes" oder "zweites" etc. vornehmlich aus Gründen der Unterscheidbarkeit von jeweiligen Vorrichtungs- oder Verfahrensmerkmalen verwendet werden und nicht unbedingt andeuten sollen, dass sich Merkmale gegenseitig bedingen oder miteinander in Beziehung stehen.
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Ferner sei betont, dass die vorliegend beschriebenen Werte und Parameter Abweichungen oder Schwankungen von ±10% oder weniger, vorzugsweise ±5% oder weniger, weiter bevorzugt ±1% oder weniger, und ganz besonders bevorzugt ±0,1% oder weniger des jeweils benannten Wertes bzw. Parameters mit einschließen, sofern diese Abweichungen bei der Umsetzung der Erfindung in der Praxis nicht ausgeschlossen sind. Die Angabe von Bereichen durch Anfangs- und Endwerte umfasst auch all diejenigen Werte und Bruchteile, die von dem jeweils benannten Bereich eingeschlossen sind, insbesondere die Anfangs- und Endwerte und einen jeweiligen Mittelwert.
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Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen näher beschrieben.
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Die Figuren zeigen jeweils bevorzugte Ausführungsbeispiele, in denen einzelne Merkmale der vorliegenden Erfindung in Kombination miteinander dargestellt sind. Merkmale eines Ausführungsbeispiels sind auch losgelöst von den anderen Merkmalen des gleichen Ausführungsbeispiels umsetzbar und können dementsprechend von einem Fachmann ohne Weiteres zu weiteren sinnvollen Kombinationen und Unterkombinationen mit Merkmalen anderer Ausführungsbeispiele verbunden werden.
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In den Figuren sind funktionsgleiche Elemente mit denselben Bezugszeichen versehen.
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Es zeigen schematisch:
- Figur 1
- einen elektrischen Steckverbinder mit einer Kontaktelementbaugruppe gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel in einer perspektivischen Darstellung, in einem Vormontagezustand;
- Figur 2
- den elektrischen Steckverbinder gemäß Figur 1 in einem teilmontierten Zustand, mit in den Kontaktaufnahmen aufgenommenen, jedoch noch nicht fixierten Kontaktelementen;
- Figur 3
- den elektrischen Steckverbinder gemäß Figur 2 in einem vollständig montierten Zustand;
- Figur 4
- den vollständig montierten elektrischen Steckverbinder gemäß Figur 3 mit ausgeblendetem Außenleiterkontaktelement zur Visualisierung des Verriegelungszustandes des Kontaktelementträgers;
- Figur 5
- den elektrischen Steckverbinder in dem Entriegelungszustand der Figur 2 in einer Schnittdarstellung entlang der Schnittlinie V-V der Figur 1;
- Figur 6
- den elektrischen Steckverbinder gemäß Figur 5 in einer weiteren Schnittdarstellung;
- Figur 7
- den elektrischen Steckverbinder in dem Verriegelungszustand des Kontaktelementträgers der Figuren 3 und 4, in einer Schnittdarstellung entlang der Schnittlinie VI I-VI I der Figur 4;
- Figur 8
- den elektrischen Steckverbinder gemäß Figur 7 in einer weiteren Schnittdarstellung;
- Figur 9
- einen elektrischen Steckverbinder mit einer Kontaktelementbaugruppe gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel in einer Schnittdarstellung, in dem Entriegelungszustand des Kontaktelementträgers; und
- Figur 10
- den elektrischen Steckverbinder gemäß Figur 9 in dem Verriegelungszustand des Kontaktelementträgers.
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In den Figuren 1 bis 8 ist ein elektrischer Steckverbinder 1 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung in verschiedenen Montagezuständen und Darstellungen gezeigt. Das Funktionsprinzip der Erfindung soll nachfolgend figurenübergreifend beschrieben werden.
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Der elektrische Steckverbinder 1 weist eine Kontaktelementbaugruppe 2 auf, die einen elektrisch isolierenden Kontaktelementträger 3 und wenigstens ein elektrisches Kontaktelement 4 umfasst. In dem Ausführungsbeispiel der Figuren 1 bis 8 weist der elektrische Steckverbinder 1 genau zwei elektrische Kontaktelemente 4 auf, was allerdings nicht einschränkend für die Erfindung zu verstehen ist. Der elektrische Steckverbinder 1 weist in den Ausführungsbeispielen außerdem ein Außenleiterkontaktelement 5 auf, das in seinem montierten Zustand um den Kontaktelementträger 3 herum angeordnet ist. Grundsätzlich kann der Steckverbinder 1 aber auch noch weitere Steckverbinderkomponenten aufweisen, die nachfolgend zur Vereinfachung allerdings nicht näher beschrieben oder dargestellt sind.
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Bei dem in den Figuren dargestellten elektrischen Steckverbinder 1 handelt es sich beispielhaft um einen gewinkelten Kabelsteckverbinder, die Erfindung eignet sich allerdings auch vorteilhaft für geradlinige Steckverbinder. Die elektrischen Kontaktelemente 4 des Steckverbinders 1 sind in dem in Figur 1 dargestellten Vormontagezustand bereits mit jeweiligen elektrischen Leitern 6 eines elektrischen Kabels 7 verbunden. Beispielhaft sind für die Verbindung zwischen den Kontaktelementen 4 und den jeweiligen elektrischen Leitern 6 des Kabels 7 so genannte B-Crimpverbindungen vorgesehen, was allerdings nicht einschränkend zu verstehen ist.
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Für die Montage des elektrischen Steckverbinders 1 ist vorgesehen, dass der Kontaktelementträger 3 in das Außenleiterkontaktelement 5 und die Kontaktelemente 4 in jeweilige Kontaktaufnahmen 8 des Kontaktelementträgers 3 eingefügt werden, wie in Figur 1 anhand der Pfeile angedeutet. Zum Einfügen der Kontaktelemente 4 in die jeweiligen Kontaktaufnahmen 8 weist der Kontaktelementträger 3 für jede Kontaktaufnahme 8 entsprechende Einführungsbereiche 9 auf, die der Kontaktaufnahme 8 in Montagerichtung M des Kontaktelements 4 vorgelagert sind. Die Kontaktaufnahmen 8 verlaufen in dem Ausführungsbeispiel hinter dem Einführungsbereich 9 winklig weiter, so dass das ebenfalls winklig ausgebildete Kontaktelement 4 entsprechend einfügbar ist. Dadurch ist die Verbindungsschnittstelle bzw. das Interface des Steckverbinders 1 winklig zu dem Kabelabgang ausgebildet und es kann ein Winkelsteckverbinder bereitgestellt werden.
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Im Rahmen der Montage eines elektrischen Steckverbinders 1 ist es unter anderem wichtig, die Kontaktelemente 4 ausreichend in den Kontaktaufnahmen 8 zu fixieren. Das erfindungsgemäß vorgeschlagene Fixierprinzip soll nachfolgend zunächst beispielhaft anhand der Figuren 1 bis 8 verdeutlicht werden.
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Der vorgeschlagene Kontaktelementträger 3 kann insbesondere zwei Zustände aufweisen:
- einen Entriegelungszustand, der in den Figuren 1, 2, 5 und 6 dargestellt ist; und
- einen Verriegelungszustand, der in den Figuren 3, 4, 7 und 8 gezeigt ist.
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In dem Entriegelungszustand des Kontaktelements 4 sind die jeweiligen Einführungsbereiche 9 der Kontaktaufnahmen 8 noch freigegeben bzw. nicht blockiert, so dass das jeweilige elektrische Kontaktelement 4 vorzugsweise kräftefrei in die Kontaktaufnahme 8 einführbar ist. Auf diese Weise kann eine Beschädigung der Crimpverbindung des Kontaktelements 4 mit dem entsprechenden Leiter 6 des Kabels 7 ausgeschlossen werden. Die Breite Bε des Einführungsbereichs 9 bzw. der Einführöffnung ist in dem Entriegelungszustand also vorzugsweise größer oder gleich der Breite BK des entsprechenden Kontaktelements 4 in dem jeweiligen Einfügeabschnitt (vgl. insbesondere die Figuren 5 und 7). Hingegen blockiert ein Funktionsbereich 10 des Kontaktelementträgers 3 den Einführungsbereich 9 zumindest abschnittsweise in dem Verriegelungszustand des Kontaktelementträgers 3, um das elektrische Kontaktelement 4 verliersicher in der Kontaktaufnahme 8 zu halten. Die Breite Bε des Einführungsbereichs 9 ist in dem Verriegelungszustand daher durch den Funktionsbereich 10 verringert, so dass das elektrische Kontaktelement 4 den Einführungsbereich 9 nicht mehr zu passieren vermag - zumindest nicht kräftefrei. Das Prinzip ist insbesondere bei einer Zusammenschau der Figuren 5 und 7 oder 2 und 4 gut erkennbar.
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Bei dem Funktionsbereich 10 handelt es sich vorzugsweise um einen Vorsprung auf einer Mantelfläche 11 des Kontaktelementträgers 3, beispielsweise um einen eine Hinterschneidung erzeugenden Steg, wie in den Figuren 1 bis 8 dargestellt. Der Funktionsbereich 10 kann vorzugsweise unmittelbar an die zugehörige Kontaktaufnahme 8 angrenzen und insbesondere monolithisch als eine Verlängerung einer Seitenwand 12 der Kontaktaufnahme 8 gebildet sein (z. B. "L-förmig", wie dargestellt). Somit kann der Einführungsbereich 9 insbesondere zwischen dem Funktionsbereich 10 und einer gegenüberliegenden Wandung 13 des Kontaktelementträger 3 gebildet sein, wie in dem Ausführungsbeispiel der Figuren 1 bis 8 gezeigt. Die Wandung 13 dient in dem dargestellten Ausführungsbeispiel als Zwischen- bzw. Trennwand zwischen zwei benachbarten Kontaktaufnahmen. Alternativ kann der Einführungsbereich 9 aber auch zwischen zwei Funktionsbereichen 10 gebildet sein (nicht dargestellt).
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In dem Entriegelungszustand des Kontaktelementträgers 3 (vgl. insbesondere die Figuren 2 und 5) befindet sich der Funktionsbereich 10 in einem kräftefreien, mechanisch entspannten Zustand. Ausgehend von diesem kräftefreien Zustand des Funktionsbereichs 10 ist der Kontaktelementträger 3 im Rahmen der Steckverbindermontage unter äußerer Krafteinwirkung von dem Entriegelungszustand in den Verriegelungszustand überführbar. Der Funktionsbereich 10 bzw. der Kontaktelementträger 3 kann hierfür zumindest abschnittsweise elastisch verformbar sein, wobei allerdings auch eine plastische Verformung möglich ist. Es hat sich als geeignet herausgestellt, wenn der Kontaktelementträger 3 einstückig aus einem Kunststoff ausgebildet ist, vorzugsweise aus einem Thermoplast oder aus einem Elastomer.
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Auf die vorgeschlagene Weise kann das Kontaktelement 4 also schonend in die Kontaktaufnahmen 8 eingeführt und erst anschließend in den Kontaktaufnahmen 8 fixiert werden. Zu dieser Fixierung kann der Funktionsbereich 10 das zugehörige Kontaktelement 4 in dem Verriegelungszustand zumindest in einer ersten Raumrichtung x1 (vgl. Figur 1) formschlüssig sichern, insbesondere entgegen der Montagerichtung M des Kontaktelementes. Das Kontaktelement 4 kann allerdings auch in einer zweiten Raumrichtung x2 und/oder in einer dritten Raumrichtung x3 in der zugehörigen Kontaktaufnahme 8 gesichert sein, vorzugsweise quer zu der Montagerichtung M des elektrischen Kontaktelements 4. Hierfür kann die Kontaktaufnahme 8 entsprechende mechanische Anschläge oder Rastmittel aufweisen (nicht dargestellt), wobei allerdings auch der Funktionsbereich 10 eine zusätzliche Sicherung in den weiteren Raumrichtungen übernehmen kann.
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Es hat sich als besonders geeignet herausgestellt, wenn die zur Überführung des Kontaktelementträgers 3 in seinen Verriegelungszustand erforderliche Kraftkomponente nicht unmittelbar auf den Kontaktelementträger 3, sondern mittelbar über wenigstens eine weitere Steckverbinderkomponente auf den Kontaktelementträger 3 aufgebracht wird. Hierzu kann es besonders vorteilhaft sein, den im Rahmen der Steckverbindermontage in der Regel ohnehin erforderlichen Umformungsprozess des Außenleiterkontaktelements 5 zu verwenden (beispielsweise einen Crimpprozess), der dann den Funktionsbereich 10 gleichzeitig von dem Entriegelungszustand in den Verriegelungszustand überführen kann (vgl. insbesondere eine jeweilige Zusammenschau der Figuren 5 und 7 sowie 6 und 8). Die Umformung des Außenleiterkontaktelements 5 ist außerdem gut in einer Zusammenschau der Figuren 2 und 3 erkennbar, wobei das Außenleiterkontaktelement 5 in Figur 4 ausgeblendet ist, um den Verriegelungszustand des innerhalb des Außenleiterkontaktelements 5 aufgenommenen Kontaktelementträgers 3 darstellen zu können.
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In dem Verriegelungszustand befindet sich der Funktionsbereich 10 in einem mechanisch verspannten Zustand, wodurch der Funktionsbereich ausgehend von dem Verriegelungszustand zurück in den Entriegelungszustand strebt. Daher kann vorgesehen sein, dass das Außenleiterkontaktelement 5 in dem Verriegelungszustand des Kontaktelementträgers 3 unmittelbar auf dem Funktionsbereich 10 aufliegt, wie in Figur 7 erkennbar. Auf diese Weise kann ein Auffedern des Funktionsbereiches 10 verhindert werden.
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Wie vorstehend bereits erwähnt, eignet sich die Erfindung grundsätzlich zur Verwendung mit einem beliebigen Steckverbinder. Anhand der Figuren 9 und 10 soll daher beispielhaft ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand eines weiteren Steckverbindertyps dargestellt werden. Der in den Figuren 9 und 10 dargestellte Steckverbinder 1 weist - wiederum rein beispielhaft - vier elektrische Kontaktelemente 4 auf, die in jeweiligen Kontaktaufnahmen 8 des Kontaktelementträgers 3 aufgenommen sind. Der Kontaktelementträger 3 ist wiederum in einem umhüllenden Außenleiterkontaktelement 5 aufgenommen.
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Beispielhaft werden die Kontaktelemente 4 der in den Figuren 9 und 10 oberen beiden Kontaktaufnahmen 8 durch Umformen jeweiliger Funktionsbereiche 10 im Rahmen der Montage des Außenleiterkontaktelements 5 gesichert, wie vorstehend im Rahmen des ersten Ausführungsbeispiels bereits beschreiben. Grundsätzlich können natürlich auch die beiden unteren Kontaktelemente 4 auf ähnliche Weise gesichert werden, was zur Vereinfachung in den Figuren 9 und 10 allerdings nicht dargestellt ist.