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Stand der Technik
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Die Erfindung geht aus von einem Anschlusselement nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Solche Anschlusselemente sind allgemein bekannt. Beispielsweise ist aus der Druckschrift
DE 10 2006 062 311 A1 ein Gehäuse mit einem metallischen Einlegeteil bekannt, wobei das metallische Einlegeteil wenigstens teilweise von dem Gehäuse umhüllt ist. Das metallische Einlegeteil wird dabei zur Kontaktierung von in das Gehäuse integrierten elektrischen Bauelementen verwendet. Hierbei fungiert ein Teil des metallischen Einlegeteils als Platinenbereich zur Aufnahme des elektrischen Bauelements und ein weiterer Teil des metallischen Einlegeteils als Steckerbereich, über welchen das elektrische Bauelement von Außen kontaktierbar ist. Das Gehäuse dient dabei zum Schutz des Einlegeteils und der elektrischen Bauelemente vor äußeren Umwelteinflüssen. Das Gehäuse wird in einem Kunststoffspritzverfahren (engl. Molding) hergestellt, in welchem das Einlegeteil und optional auch das elektrische Bauelement teilweise Kunststoff umspritzt wird. Auf diese Weise werden beispielsweise Sensor- und Schaltungsmodule für Sicherheitseinrichtungen in Fahrzeugen verbaut, welche zur Vermessung von Verzögerungen und/oder Neigungswinkeln des Fahrzeugs vorgesehen sind. Grundsätzlich besteht bei der Integration von Sensoren, die vektorielle Größen, wie beispielsweise Beschleunigung, Drehbeschleunigung, Magnetfelder und/oder elektrische Felder, vermessen, die Notwendigkeit einer präzisen Ausrichtung der sensierenden Elemente, welche beispielsweise mechanische, mikromechanische, elektrische und/oder Hall-Effekt-Sensorelemente umfassen. Bei einer Umspritzung des metallischen Einlegeteils mit Kunststoff zur Bildung des Gehäuses besteht nun die Gefahr, dass das metallische Einlegeteil durch die Strömung des Kunststoffs verbogen oder tordiert wird, so dass die ursprüngliche Lage des Sensors verändert wird.
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Das erfindungsgemäße Anschlusselement und das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Anschlusselements gemäß den nebengeordneten Ansprüchen haben gegenüber dem Stand der Technik den Vorteil, dass das Leitungsteil während des Spritzvorgangs zur Herstellung des Gehäuses mittels des Versteifungselements derart versteift bzw. verstärkt wird, dass eine Verbiegung oder Torsion des Leitungsteils infolge des Spritzvorgangs weitgehend unterbunden wird. Vorteilhafterweise werden somit mechanische Spannungen im Material des Leitungsteils vermieden, wodurch einerseits die Lebensdauer des Anschlusselements und andererseits die Dichtheit des Anschlusselements, insbesondere an den Übergängen zwischen dem Leitungsteil und dem Gehäuse, gesteigert werden. Darüberhinaus werden Montagetoleranzen minimiert, so dass die Lage und Ausrichtung des elektrischen Bauelements nicht beeinträchtigt wird. Insbesondere bei der Verwendung eines Sensors als elektrisches Bauelement wird somit vorteilhafterweise eine Steigerung der mit dem Sensor zu erzielenden Messgenauigkeit erreicht. Das Leitungsteil umfasst vorzugsweise ein metallisches Einlegeteils, welches von dem Gehäuse zumindest teilweise umhüllt ist. Das elektrische Bauelement umfasst vorzugsweise ein mechanisches, ein mikromechanisches, ein elektrisches, ein elektronisches und/oder ein Hall-Effekt Sensorelement. Optional ist denkbar, dass das elektrische Bauelement ein zusätzliches Innengehäuse umfasst. So weist das elektrische Bauelement beispielsweise eine SOIC- oder LGA-Bauform oder dergleichen auf. Das Versteifungselement ist alternativ entweder dauerhaft oder nur zeitweise (im Wesentlichen nur für die Dauer des Spritzvorgangs) mit dem Leitungsteil verbunden. Das Anschlusselement weist vorzugsweise eine Mehrzahl von Versteifungselementen auf.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen, sowie der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen entnehmbar.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass das Versteifungsteil einen umgebogenen Bereich des Leitungsteils umfasst. Das Versteifungsteil ist vorzugsweise einstückig mit dem Leitungsteils ausgebildet. Vorteilhafterweise ist somit eine vergleichsweise einfache und kostengünstige Herstellung des Versteifungsteils möglich, in dem beispielsweise ein Bereich des Leitungsteils einfach umgebogen wird. Hierdurch entsteht insbesondere eine Biegekante oder ein Falz, wodurch eine erhebliche Versteifung des Leitungsteils erzielt wird. Das Leitungsteil weist im Bereich des umgebogenen Bereichs daher insbesondere einen L-förmigen Querschnitt auf.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass das Leitungsteil einen Steckerbereich und einen Ummantelungsbereich umfasst, wobei der umgebogene Bereich im Ummantelungsbereich angeordnet ist. Das Leitungsteil ist insbesondere lediglich im Ummantelungsbereich unmittelbar vom Gehäuse ummantelt, wobei im Steckerbereich zumindest kein unmittelbarer mechanischer Kontakt zwischen dem Gehäuse und dem Leitungsteil vorliegt. Während des Spritzvorgangs zur Erzeugung des Gehäuses wird auf das Leitungsteil daher nur im Ummantelungsbereich eine mechanische Kraft ausgeübt, so dass es ausreichend ist, das Leitungsteil nur im Ummantelungsbereich zu versteifen. Vorteilhafterweise ist eine konstruktive Veränderung des Leitungsteils im Steckerbereich somit nicht erforderlich, so dass das erfindungsgemäße Anschlusselement weiterhin mit standardisierten Steckerformen kompatibel ist.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass das Versteifungsteil ein separates Kunststoffteil umfasst, welches vorzugsweise in einem Haltebereich zwischen dem Steckerbereich und dem Ummantelungsbereich angeordnet ist und/oder formschlüssig mit dem Leitungsteil verbunden ist. Vorteilhafterweise wird das Leitungsteil mittels des aus Kunststoff gefertigten separaten Versteifungsteils versteift. Das Versteifungsteil wird vorzugsweise einfach auf das Leitungsteil aufgesteckt und insbesondere nicht durch einen Umspritzen des Leitungsteils hergestellt, so dass keine ungewollte Verbiegung des Leitungsteils durch das Versteifungsteil zu befürchten ist. Das Versteifungsteil umfasst beispielsweise ein Premold-Kunststoffteil. Durch einen Formschluss zwischen dem Kunstoffteil und dem Leitungsteil wird ein ungewolltes Verbiegen oder Tordieren des Leitungsteils im Spritzvorgang zur Herstellung des Gehäuses verhindert. Denkbar ist, dass im Spritzvorgang auch das Kunstoffteil ummantelt wird. Optional ist denkbar, dass das Leitungsteil sowohl durch ein in Form des umgebogenen Bereichs ausgebildetes Versteifungselement, als auch durch das separate aus Kunststoff gefertigten Versteifungselement versteift wird.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass das Leitungsteil einen Aufnahmebereich zur Aufnahme des elektrischen Bauelements, insbesondere ein Sensorelement, aufweist, wobei der Aufnahmebereich vorzugsweise zwischen zwei Versteifungselementen und insbesondere zwischen zwei umgebogenen Bereichen angeordnet ist. Der Aufnahmebereich dient zur Befestigung des elektrischen Bauelements. Sowohl der Aufnahmebereich, als auch das elektrische Bauelement werden im Spritzvorgang zur Herstellung des Gehäuses vorzugsweise ummantelt, so dass das Gehäuse das elektrische Bauelement vor äußeren Umwelteinflüssen, wie mechanische Krafteinwirkungen, Feuchtigkeit, Verschmutzung oder dergleichen, schützt. Die optionale Anordnung des Aufnahmebereichs zwischen wenigstens zwei Versteifungselementen und insbesondere zwischen zwei umgebogenen Bereichen hat den Vorteil, dass eine Verbiegung oder Torsion des Leitungsteils gerade im sensiblen Bereich des elektrischen Bauelements wirksam verhindert wird.
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Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines Anschlusselements zur elektrischen Kontaktierung eines elektrischen Bauelements, wobei in einem ersten Verfahrensschritt ein Leitungsteil bereitgestellt wird, wobei in einem zweiten Verfahrensschritt das Leitungsteil mittels wenigstens eines Versteifungselements versteift wird und wobei in einem dritten Verfahrensschritt zur Bildung eines Gehäuses das Leitungsteil zumindest teilweise umspritzt wird. Das Versteifungselement dient vorteilhafterweise zur Versteifung des Leitungsteils während des dritten Verfahrensschrittes, so dass eine Verbiegung oder Torsion des Leitungsteils infolge des Spritzvorgangs zur Herstellung des Gehäuses weitgehend verhindert wird. Das Leitungsteil wird im ersten Verfahrensschritt vorzugsweise mit dem elektrischen Bauelement versehen, welches besonders bevorzugt auf einen Aufnahmebereich des Leitungsteils angeordnet, aufgeklebt, aufgelötet und/oder aufgesteckt wird. Alternativ ist denkbar, dass das elektrische Bauelement in einen im Aufnahmebereich angeordneten Sockel eingesteckt wird. Das Versteifungselement ist alternativ entweder dauerhaft oder nur zeitweise mit dem Leitungsteil verbunden. Es ist somit denkbar, dass das Versteifungsteil einteilig mit dem Leitungsteil ausgebildet ist, als separates Versteifungsteil fest (bspw. formschlüssig) mit dem Leitungsteil verbunden ist oder als Teil des Spritzwerkzeugs ausgebildet ist.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass das Leitungsteil im zweiten Verfahrensschritt zur Bildung eines als Versteifungselement fungierenden umgebogenen Bereiches zumindest teilweise gebogen wird. Vorteilhafterweise wird somit eine vergleichsweise einfache und kostengünstige Herstellung des Versteifungselements erzielt, da das Leitungsteil lediglich umgebogen werden muss. Durch den hierdurch entstehenden Falz wird eine erhebliche Versteifung des Leitungsteils erzielt.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass das Leitungsteil im zweiten Verfahrensschritt mit einem als Versteifungselement fungierenden Kunststoffteil formschlüssig verbunden wird, wobei das Kunststoffteil vorzugsweise auf das Leitungsteil aufgesteckt und/oder das Leitungsteil in das Kunststoffteil eingelegt wird. Vorteilhafterweise erzeugt das separate Kunststoffteil eine Versteifung des Leitungsteils. Optional ist denkbar, dass das Leitungsteil sowohl durch ein in Form des umgebogenen Bereichs ausgebildetes Versteifungselement, als auch durch das separate aus Kunststoff gefertigte Versteifungselement versteift wird.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass das Leitungsteil während des dritten Verfahrensschrittes im Bereich des Versteifungselements fixiert wird. Auf diese Weise wird eine mechanisch stabile Fixierung des Leitungsteils während des Spritzvorgangs erreicht, bei welche die Gefahr einer Verbiegung oder Torsion des Leitungsteils minimiert wird. Die Verwendung des separaten Kunststoffteils hat ferner den Vorteil, dass zusätzliche Halte- bzw. Greifflächen zur Fixierung des Anschlusselements während des Spritzvorgangs entstehen. Insbesondere ist eine klemmende Halterung des Anschlusselements am separaten Kunststoffteil während des Spritzvorgangs möglich, ohne dass ein metallischer Abrieb an dem Leitungsteil entsteht. Denkbar ist, dass eine voll- oder teilflächige Abstützung des separaten Kunststoffteils im Ummantelungswerkzeug durch einen Formschluss erzielt wird. Durch die volle Ausnutzung des Steckergrunds wird dann eine maximale Abstützung des Leitungsteils im Ummantelungswerkzeug erreicht.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass das Leitungsteil im zweiten Verfahrensschritt mittels eines das Leitungsteil zumindest teilweise formschlüssig umgreifenden Versteifungselements versteift wird, wobei in einem auf den dritten Verfahrensschritt folgenden vierten Verfahrensschritt das Versteifungselement von dem Leitungsteil wieder entfernt wird. Auf diese Weise ist ein vergleichsweise kompaktes Anschlusselement realisierbar, bei welchem dennoch eine Versteifung des Leitungsteils während des Spritzvorgangs zur Herstellung des Gehäuses zu erzielen ist. Das separate Versteifungselement wird dabei vor dem Spritzvorgang insbesondere auf den Steckerbereich des Leitungsteils aufgesteckt und nach dem Spritzvorgang wieder abgezogen.
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Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Es zeigen
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1 eine schematische Perspektivansicht eines Anschlusselements gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
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2 eine schematische perspektivische Schnittbildansicht eines Anschlusselements gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
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3a, 3b und 3c schematische Perspektivansichten eines Anschlusselements gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und
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4 eine schematische Schnittbildansicht eines Anschlusselements gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Ausführungsformen der Erfindung
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In den verschiedenen Figuren sind gleiche Teile stets mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden daher in der Regel auch jeweils nur einmal benannt bzw. erwähnt.
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In 1 ist eine schematische Perspektivansicht eines Anschlusselements 1 zur elektrischen Kontaktierung eines elektrischen Bauelements 9 gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Das Anschlusselement 1 umfasst ein Leitungsteil 2, welches insbesondere ein metallisches Einlegeteil umfasst. Das Leitungsteil 2 weist einen Steckerbereich 5, einen Ummantelungsbereich 6 und einen Aufnahmebereich 8 auf. Der Aufnahmebereich 8 dient zur Aufnahme des elektrischen Bauelements 9, welches vorzugsweise auf den Aufnahmebereich 8 mit einem elektrisch leitfähigen Klebstoff geklebt oder gelötet wird. Der Steckerbereich 5 umfasst beispielhaft zwei Kontaktpins, welche zum lösbaren Einstecken in entsprechende Steckerbuchsen eines nicht abgebildeten Gegensteckerelements vorgesehen sind. Das elektrische Bauelement 9 (in 1 aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt) umfasst vorzugsweise ein Sensorelement 9' in Form eines mikromechanischen Beschleunigungssensors für ein Kraftfahrzeug-Sicherheitssystem, wie ein Elektronisches Stabilitätsprogramm (ESP), eine Airbag-Auslöseeinheit oder dergleichen. Das elektrische Bauelement 9 ist über das Leitungsteil 2 von außen kontaktierbar, d. h. dass das elektrische Bauelement 9 über das Leitungsteil 2 beispielsweise mit Strom versorgt wird und/oder Sensordaten über das Leitungsteil 2 vom elektrischen Bauelement 9 an eine Auswerteeinheit übertragen werden. Insbesondere wird das elektrische Bauelement 9 über das Leitungsteil 2 in ein Kommunikationsnetzwerk des Kraftfahrzeugs, beispielsweise ein CAN (Controller Area Network) System, eingebunden. Das Leitungsteil 2 umfasst hierzu vorzugsweise wenigstens zwei voneinander elektrisch isolierte Leitungsteilelemente.
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Zum Schutz des Leitungsteils 2 und des elektrischen Bauteils 9 wird das Leitungsteil 2 zumindest teilweise mit einem Gehäuse 3 ummantelt. Aus Gründen der graphischen Darstellbarkeit ist das Gehäuse 3 in 1 nicht illustriert. Das Gehäuse 3 wird in einem Spritzvorgang erzeugt, indem das Leitungsteil 2 zumindest im Ummantelungsbereich 6 mit Kunststoff umspritzt wird. Insbesondere wird hierbei auch der Aufnahmebereich 8, sowie das im Aufnahmebereich 8 angeordnete elektrische Bauteil 9 mit dem Kunststoff umspritzt. Das Leitungsteil 2 wird während des Spritzvorgangs durch die Strömung des Kunststoffs mechanischen Kräften ausgesetzt, welche zur einer Verbiegung oder Torsion des Leitungsteils 2 führen können, wodurch Spannungen im Material des Leitungsteils 2 entstehen, welche die Lebensdauer und die Dichtheit des Anschlusselements 1 beeinträchtigen. Ferner besteht die Gefahr, dass sich die Ausrichtung und Lage des elektrischen Bauteils 9 verändern.
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Das erfindungsgemäße Anschlusselement 1 ist zum Schutz vor derartigen unerwünschten Verbiegungen oder Torsionen mit zwei Versteifungselementen 4, 4'' ausgestattet, welche im vorliegenden Ausführungsbeispiel als umgebogene Bereiche des Leitungsteils 2 ausgebildet ist. Das Material des Leitungsteils 2 ist im Randbereich des Ummantelungsbereichs 6 jeweils im Wesentlichen rechtwinklig abgeknickt, so dass das Leitungsteil 2 hier jeweils einen L-förmigen Querschnitt aufweist. Die Leitungsteil 2 wird durch die umgebogenen Bereiche im Ummantelungsbereich 6 erheblich versteift bzw. verstärkt, so dass die Gefahr einer Verbiegung oder Torsion des Leitungsteils 2 im Spritzvorgang erheblich reduziert wird. Alternativ ist aber auch denkbar, dass der umgebogene Bereich um einen kleineren oder größeren Winkel gegenüber dem Aufnahmebereich 8 abgewinkelt ist. Auch ein umgebogener Bereich um 180 Grad, so dass ein geschlossener Falz (auch als Umschlag bezeichnet) entsteht, wäre denkbar. Der umgebogene Bereich erstreckt sich optional über den gesamten Ummantelungsbereich 6 und damit auch über die gesamte Länge des Aufnahmebereichs 8. Zwischen dem Aufnahmebereich 8 und dem Steckerbereich 5 ist ein Haltebereich 7 ausgebildet, an welchem das Leitungsteil 2 während des Spritzvorgangs gehalten wird. Der umgebogene Bereich erstreckt sich vorzugsweise auch über den Haltebereich 7, so dass ein Halten des Leitungsteils 2 an den beiden umgebogenen Bereichen während des Spritzvorgangs ermöglicht wird und somit eine Verbiegung des Leitungsteils 2 infolge der Fixierung während des Spritzvorgangs wirksam verhindert wird.
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In 2 ist eine schematische perspektivische Schnittbildansicht eines Anschlusselements 1 gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Die zweite Ausführungsform entspricht im Wesentlichen der in 1 illustrierten ersten Ausführungsform, wobei das Anschlusselement 1 gemäß der zweiten Ausführungsform ein Versteifungselement 4 aufweist, welches als separates Kunststoffteil 12 ausgebildet ist. Das vorgefertigte Kunststoffteil 12 ist auf das Leitungsteil 2 derart aufgeschoben, dass es im Haltebereich 7 zwischen dem Aufnahmebereich 8 und dem Steckerbereich 5 angeordnet ist. Das Leitungsteil 2 wird hier formschlüssig von dem Kunststoffteil 4' fixiert, so dass eine Verbiegung oder Torsion des Leitungsteils 2 während dem Spritzvorgang zur Herstellung des Gehäuses 3 verhindert wird. Insbesondere wird der Kunststoff während des Spritzvorgangs im Haltebereich 7 nicht unmittelbar, sondern nur mittelbar auf das Leitungsteil 2 gespritzt, da im Haltebereich 7 das Versteifungselement 4, 4' zwischen dem Leitungsteil 2 und dem Gehäuse 3 angeordnet ist. Das elektrische Bauelement 9 ist im vorliegenden Beispiel von einem Innengehäuse 11 ummantelt, welches in der Schnittdarstellung der 2 zwischen dem Gehäuse 3 und dem Aufnahmebereich 8 des Leitungsteils 2 angeordnet ist. Das elektrische Bauelement 9 und das Innengehäuse 11 sind beispielsweise als SOIC- oder LGA-Bauform realisiert. Das Anschlusselement 1 gemäß der zweiten Ausführungsform weist im Unterschied zur ersten Ausführungsform keine umgebogenen Bereiche auf. Das Kunststoffteil 12 stellt ferner Halteflächen 13 bereit, die während des Spritzvorgangs zur Erzeugung des Gehäuses 3 ein Halten des Leitungsteils 2 in einem Ummantelungswerkzeug 10, beispielsweise durch Einklemmen des Kunststoffteils 12, ermöglichen, ohne dass die Gefahr einer Beschädigung des Leitungsteils 2 und insbesondere eines metallischen Abriebs zu befürchten ist.
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In 3a, 3b und 3c sind schematische Perspektivansichten eines Anschlusselements 1 gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Die dritte Ausführungsform entspricht im Wesentlichen einer Kombination der in 1 und 2 illustrierten ersten und zweiten Ausführungsformen. Das Anschlusselement 1 umfasst daher sowohl Verstärkungselemente 4, 4'', welche in Form von umgebogenen Bereichen des Leitungsteils 2 ausgebildet sind, sowie ein separates Verstärkungselement 4, 4', welches in Form eines separaten Kunststoffteils 12 ausgebildet ist.
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In 4 ist eine schematische Perspektivansicht eines Anschlusselements 1 gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt, welches im Wesentlichen der in 2 dargestellten zweiten Ausführungsform gleicht. Das Anschlusselement 1 ist in einer Position unmittelbar nach dem Spritzvorgang dargestellt, wobei der Steckerbereich 5 des Leitungsteils 2 auf einen Halteteil eines Ummantelungswerkzeugs 10 aufgesteckt ist. Das Halteteil nimmt das Leitungsteil 2 im formschlüssig auf, so dass einerseits das Leitungsteil 2 gehalten wird und andererseits ein Verbiegen des Leitungsteils 2 im Steckerbereich 5 verhindert wird. In einem nicht gezeigten nachfolgenden Herstellungsschritt wird das Anschlusselement 1 von dem Ummantelungswerkzeug 10 wieder abgezogen. Das Ummantelungswerkzeug 10 stellt somit ebenfalls ein Versteifungsteil 4, 4' im Sinne der vorliegenden Erfindung dar, da das Leitungsteil 2 durch das Ummantelungswerkzeug 10 während des Spritvorgangs durch Formschluss versteift wird, auch wenn es nach dem Herstellungsprozess wieder vom Leitungsteil 2 entfernt wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102006062311 A1 [0002]
