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Stand der Technik
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein verbessertes Direktsteckelement mit unterschiedlichen Direktkontakten sowie eine verbesserte Mehrfach-Direktkontaktierung von elektronischen Bauteilen, wie z. B. Leiterplatten.
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In jüngster Zeit werden vermehrt Direktsteckkontakte verwendet, bei denen ein Direktsteckelement unmittelbar auf eine Leiterplatte gesteckt wird. Bei einer Vielzahl von Kontaktbereichen an der Leiterplatte werden die Kontaktbereiche dabei in einer Reihe nahe einer Leiterplattenkante angeordnet. Wenn hierbei viele Kontaktbereiche notwendig sind, ergibt sich eine entsprechende Länge an der Leiterplatte sowie eine komplizierte Verdrahtung auf der Leiterplatte, da dadurch die Wege zwischen den Kontaktbereichen und Bauelementen an der Leiterplatte mit der Anzahl der Kontaktbereiche jeweils vergrößert werden müssen. Um die Anzahl der Kontakte zu erhöhen, könnte man Kontaktbereiche sowohl an einer Oberseite als auch an einer Unterseite der Leiterplatte vorsehen. Je nach Anzahl der notwendigen Kontaktbereiche an der Leiterplatte ergeben sich dabei jedoch immer noch relativ lange Kontaktreihen. Es ist jedoch wünschenswert, insbesondere bei Massenprodukten, wie beispielsweise Steuergeräten für Fahrzeuge, bei denen eine Vielzahl von gleichen Steuergeräten benötigt wird, eine möglichst wirtschaftliche Herstellung der Kontaktierung zu ermöglichen.
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Offenbarung der Erfindung
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Das erfindungsgemäße Direktsteckelement mit den Merkmalen des Anspruchs 1 weist den Vorteil auf, dass eine Vielzahl von Kontaktbereichen, die an einer Trägerplatte, z. B. einer Leiterplatte oder einem Stanzgitter oder einem Substrat, in zueinander versetzten Reihen angeordnet und für eine Direktsteckverbindung ausgelegt sind, mittels des Direktsteckelements direkt kontaktiert werden können. Hierbei kann ein sehr einfacher und wirtschaftlich herzustellender Direktsteckkontakt realisiert werden, bei dem das Direktsteckelement äußerst kompakt ausgebildet ist. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass das Direktsteckelement einen Kontaktträger mit mindestens einem ersten Direktkontakt und einem zweiten Direktkontakt aufweist, welche über eine erste bzw. zweite Verbindungsvorrichtung an einem ersten bzw. zweiten Kabel elektrisch angebunden sind, wobei die ersten und zweiten Verbindungsvorrichtungen unterschiedlich sind. Hierdurch weist das Direktsteckelement ein minimiertes Bauvolumen auf, Zudem kann das Direktsteckelement in einer gemeinsamen Bestückungsrichtung sehr rasch und schnell mit den Direktkontakten bestückt werden. Vorzugsweise sind die Direktkontakte und die Verbindungseinrichtungen jeweils einstückige Bauteile.
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Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die erste Verbindungsvorrichtung eine Crimpeinrichtung und die zweite Verbindungsvorrichtung eine Schneid-Klemm-Verbindung. Hierbei ist die Crimpeinrichtung in einer ersten Ebene angeordnet und die Schneid-Klemm-Vorrichtung in einer zweiten Ebene angeordnet, die im zusammengesteckten bzw. kontaktierten Zustand von einer Trägerplatte weiter als die erste Ebene beabstandet ist und parallel zur ersten Ebene ist. Der erste Direktkontakt samt der ersten Verbindungsvorrichtung beansprucht hierbei konstruktionsbedingt einen langen flachen Bauraum, während der zweite Direktkontakt samt der zweiten Verbindungsvorrichtung einen kurzen hohen Bauraum benötigt. Durch die Kombination der unterschiedlichen ersten und zweiten Verbindungsvorrichtungen kann somit eine bauraumminimierte Anordnung der Direktkontakte in verschiedenen Ebenen erreicht werden, die in einer deutlich reduzierten Länge des Direktsteckelements resultiert.
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Besonders bevorzugt weist der Kontaktsträger einen Deckel auf. Hierdurch kann die Schneid-Klemm-Verbindung im Kontaktträger zwischen dem vormontierten zweiten Direktkontakt und dem nicht abisolierten zweiten Kabel manuell oder maschinell unter Einsatz einer Werkzeugvorrichtung bei geöffnetem Deckel durchgeführt werden. Ferner ist eine permanente Kontrolle der Endposition des Kabels und eine Überwachung dieses Arbeitsschritts problemlos möglich, da die offen liegende Kontaktstelle sichtbar ist. Hierdurch wird der Bestückungsvorgang wesentlich beschleunigt und eine kontaktsichere Kontaktierung gewährleistet. Ferner ist ein Austausch des zweiten Direktkontakts durch eine neu hergestellte Klemm-Schneid-Verbindung mit dem bestehenden Kabel auf einfache Weise möglich, wodurch eine Reparaturfähigkeit erreicht wird. Vorzugsweise durch eine zusätzlich integrierte Klemmvorrichtung kann eine Fixierung des Kabels im Kontaktträger erfolgen, um eine mechanische Entkopplung zu erreichen und Verschiebungen der Kabelposition zu vermeiden
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Weiterhin bevorzugt ist der Deckel derart eingerichtet, dass beim Schließen des Deckels das zweite Kabel in die Schneid-Klemm-Verbindung gedrückt wird, um eine elektrische Verbindung herzustellen. Somit kann der Einsatz von zusätzlichen Werkzeugen entfallen. Darüber hinaus werden Beschädigungen des Direktkontakts während der Montage weitestgehend verhindert.
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Vorzugsweise ist eine Dichtung, insbesondere eine Mattendichtung, am Kontaktträger vorgesehen. Hierdurch wird ein dauerhaft zuverlässiger Schutz der im Gehäuseinneren befindlichen Bauteile gegenüber Umwelteinflüssen bzw. Verschmutzungen sichergestellt. Insbesondere kann hierdurch eine Automotive-Verwendung erreicht werden. Bei einer Bestückung des Direktsteckelements ist lediglich der erste Direktkontakt mit dem ersten Kabel sowie das nicht abisolierte zweite Kabel durch die Mattendichtung hindurchzuführen. Hierdurch ist eine raschere Bestückung des Direktsteckelements weitestgehend ohne eine Beschädigung von Lamellen der Mattendichtung möglich.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind der erste und zweite Direktkontakt in einem ersten Kontaktträgerteil angeordnet und ein dritter und vierter Direktkontakt in einem zweiten Kontaktträgerteil angeordnet. Hierbei sind die ersten und zweiten Direktkontakte zu den dritten und vierten Direktkontakten um 180° entgegengesetzt ausgerichtet. Ferner ist der dritte Direktkontakt über eine dritte Verbindungsvorrichtung an einem dritten Kabel angebunden und der vierte Direktkontakt über eine vierte Verbindungsvorrichtung an einem vierten Kabel angebunden. Die dritten und vierten Verbindungsvorrichtungen sind unterschiedlich ausgebildet. Hierbei ist die dritte Verbindungsvorrichtung vorzugsweise baugleich zur ersten Verbindungsvorrichtung und die vierte Verbindungsvorrichtung baugleich zur zweiten Verbindungsvorrichtung. Daraus resultiert eine große Anzahl von Gleichteilen, die eine kosteneffiziente und wirtschaftliche Fertigung ermöglicht.
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Weiterhin bevorzugt ist die dritte Verbindungsvorrichtung eine Crimpeinrichtung und die vierte Verbindungsvorrichtung eine Schneid-Klemm-Verbindung. Somit ist eine Direktkontaktierung von auf beiden Flachseiten einer Trägerplatte freiliegenden Kontaktbereichen möglich. Durch die Kombination der ersten und zweiten Verbindungsvorrichtungen bzw. der dritten und vierten Verbindungsvorrichtungen im ersten bzw. zweiten Kontaktträgerteil kann somit eine bauraumoptimierte Anordnung der Direktkontakte erreicht werden, die in einer deutlich reduzierten Länge des Direktsteckelements resultiert. Ferner ist es möglich, eine äußerst kompakte Direktsteckverbindung zwischen einer Vielzahl von mehrreihigen, nebeneinander angeordneten Direktkontakten und einer Vielzahl von mehrreihigen, auf beiden Flachseiten der Leiterplatte angeordneten Kontaktbereichen bereitzustellen.
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Weiterhin bevorzugt sind die ersten und zweiten Kontaktträgerteile mittels eines Gelenks verbunden. Dadurch können beim Einschub der Trägerplatte zwischen die Kontaktträgerteile etwaige Toleranzen der Trägerplatte ausgeglichen werden. Das Gelenk kann hierbei alternativ über ein zusätzlich angeordnetes Federelement gegenüber der Trägerplatte vorgespannt werden, um aufgrund der daraus resultierenden Anpresskraft zuverlässige Direktkontaktierungen in allen Betriebszuständen und Einsatzzwecken zu gewährleisten.
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Vorzugsweise sind die ersten und zweiten Kontaktträgerteile alternativ als einteiliges Bauteil ausgebildet. Beim Einschub der Trägerplatte in das einteilige Bauteil können dabei auftretende elastische Verformungen der Kontaktträgerteile eine Hebelwirkung mit einer erhöhten Anpresskraft auf die Direktsteckkontakte erzeugen. Dadurch sind dauerhaft betriebssichere Direktkontaktierungen erreichbar.
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Die Erfindung betrifft ferner eine elektrische Anordnung mit einem Direktsteckelement und einer Trägerplatte mit wenigstens zwei freiliegenden Kontaktbereichen. Hierbei kontaktiert jeweils einer der Direktkontakte einen der Kontaktbereiche, die von einer Trägerplattenkante unterschiedlich weit beabstandet sind.
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Die Erfindung wird vorzugsweise bei Steuergeräten von Fahrzeugen verwendet.
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Zeichnung
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Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist:
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1 eine schematische Schnittansicht einer elektrischen Anordnung mit einem Direktsteckelement gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
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2 eine schematische Schnittansicht einer Schneid-Klemm-Verbindung zwischen einem Kabel und einem Direktkontakt,
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3 eine schematische Schnittansicht einer elektrischen Anordnung mit einem Direktsteckelement gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung mit ersten und zweiten Kontaktträgerteilen,
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4 eine schematische Schnittansicht eines Direktsteckelements gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung, und
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5 eine schematische Schnittansicht eines Direktsteckelements gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung
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Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf 1 und 2 eine elektrische Anordnung 1 mit einem Direktsteckelement 3 gemäß einem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung im Detail beschrieben.
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Wie aus 1 ersichtlich ist, umfasst die elektrische Anordnung 1 eine Trägerplatte 2, welche in diesem Ausführungsbeispiel eine einstückig ausgebildete Leiterplatte ist, und ein Direktsteckelement 3. Die Trägerplatte 2 weist einen ersten Kontaktbereich 51 und einen zweiten Kontaktbereich 52 auf, welche freiliegend an einer gemeinsamen ersten Flachseite 21 der Trägerplatte 2 angeordnet sind. Der zweite Kontaktbereich 52 ist hierbei in einer Längsrichtung L von einer Trägerplattenkante 20 weiter beabstandet angeordnet als der erste Kontaktbereich 51.
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Das Direktsteckelement 1 umfasst einen im Wesentlichen einstückig ausgebildeten Kontaktträger 30, in welchem ein in Längsrichtung L verlaufender erster Kanal 301 in einer Ebene E1 ausgebildet ist. Ferner ist ein in einer Ebene E2 parallel zum ersten Kanal 301 verlaufender zweiter Kanal 302 vorgesehen, der in Längsrichtung L länger als der erste Kanal 301 ausgebildet ist und einen senkrecht zur Längsrichtung L ausgebildeten Endabschnitt 302A aufweist. Im ersten Kanal 301 ist ein erster Direktkontakt 31 angeordnet, welcher über eine erste Verbindungsvorrichtung 41 an einem ersten Kabel 6 angebunden ist und mit einer Kontaktlamelle 310 aus einer ersten Öffnung 311 des Kontaktträgers 30 herausragt. Die erste Verbindungsvorrichtung 41 ist hierbei als Crimpeinrichtung ausgebildet.
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Im zweiten Kanal 302 ist ein zweiter Direktkontakt 32 angeordnet, welcher über eine zweite Verbindungsvorrichtung 42 an einem zweiten Kabel 6 angebunden ist und mit einer Kontaktlamelle 320 aus einer zweiten Öffnung 321 des Kontaktträgers 30 herausragt. Im Unterschied zur ersten Verbindungsvorrichtung 41 ist die zweite Verbindungsvorrichtung 42 hierbei als Schneid-Klemm-Verbindung ausgebildet. Der Kontaktträger 30 weist ferner einen Deckel 35 auf, der in der dargestellten geöffneten Stellung den längsverlaufenden Endabschnitt 302A des ersten Kanals 302 sichtbar freigibt.
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Beim Bestückungsvorgang wird der erste Direktkontakt 31 samt dem ersten Kabel 6 durch eine am Gehäuse 30 angeordnete Mattendichtung 36 hindurch in den ersten Kanal 301 eingeführt bis die Kontaktlamelle 310 aus der ersten Öffnung 311 des Gehäuses 30 herausragt. Ferner wird das zweite Kabel 7 ohne eine Abisolierung eines Kabelendabschnitts 7A und ohne befestigten Direktkontakt durch die Mattendichtung 36 bis zum Ende des zweiten Kanals 302 eingeführt, wo der zweite Direktkontakt 32 bereits im Endabschnitt 302A auf einer darin vorgesehenen Befestigungsvorrichtung 38 vormontiert ist, sodass der Kabelendabschnitt 7A auf dem zweiten Direktkontakt 32 aufliegt. Durch Schließen des Deckels 35 in Richtung eines Pfeils P wird danach der Kabelendabschnitt 7A des zweiten Kabels 7 durch einen Niederhalter 35B, der auf einer dem Kontaktträger 30 zugewandten Innenseite 35C des Deckels 35 angeordnet ist, senkrecht zur Längsrichtung L auf den zweiten Direktkontakt 32 gedrückt. Hierbei wird die zweite Verbindungsvorrichtung 42, wie in 2 dargestellt, in Form einer Schneid-Klemm-Verbindung zwischen dem zweiten Kabel 7 und dem zweiten Direktkontakt 32 hergestellt. Hierbei wird das zweite Kabel 7 zwischen zwei V-förmig ausgebildete Schneidflanken 32A gepresst, so dass eine Isolierung 7B abgetrennt und ein elektrischer Kontakt zu einer Kabellitze 7C erreicht wird. Auf der Innenseite 35C des Deckels 35 ist zudem ein Niederhalter 35A vorgesehen, der das zweite Kabel 7 bei geschlossenem Deckel 35 auf einer Abstützvorrichtung 37 fixiert. Im geschlossenen Zustand ist der Deckel 35 an einer am Kontaktträger 30 vorgesehenen Rastvorrichtung 304 verrastet. Beim in 1 dargestellten aufgesteckten Zustand kontaktieren die Direktkontakte 31, 32 somit die ersten und zweiten Kontaktbereiche 51 bzw. 52 jeweils in einer Kontaktrichtung K.
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Alternativ kann anstelle des Deckels 35 als kontaktherstellendes Element auch eine Werkzeugvorrichtung zur Herstellung der Schneid-Klemm-Verbindung bei geöffnetem Deckel 35 eingesetzt werden.
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Bei der beschriebenen erfindungsgemäßen elektrischen Anordnung 1 ist es somit möglich, unterschiedliche Verbindungsvorrichtungen 41, 42 in unterschiedlichen Ebenen für die Direktkontakte 31, 32 zu verwenden, die die auf der Trägerplatte 2 freiliegend angeordneten Kontaktbereiche 51, 52 direkt kontaktieren. Dadurch kann eine kompakt ausgebildete, bauraumminimierte mehrreihige Direktkontaktierung mit einer Vielzahl von kostengünstig, wirtschaftlich herzustellenden Gleichteilen erreicht werden, die den Bestückungsvorgang während der Fertigung wesentlich vereinfachen und Beschädigungen hierbei verhindern. Zudem werden Werkzeugkosten sowie Aufwendungen der Logistik hierdurch deutlich reduziert.
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Nachfolgend wird mit Bezug auf 3 eine elektrische Anordnung 1 mit einem Direktsteckelement 3 gemäß einem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung im Detail beschrieben. Gleiche oder funktional gleiche Bauteile sind hier mit denselben Bezugszeichen wie im ersten Ausführungsbeispiel bezeichnet.
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Im Gegensatz zum zuvor beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel weist die Trägerplatte 2 des zweiten Ausführungsbeispiels neben den freiliegenden ersten und zweiten Kontaktbereichen 51, 52, die auf der ersten Flachseite 21 angeordnet sind, ferner vierte und fünfte Kontaktbereiche 53, 54 auf, die auf einer gegenüberliegenden zweiten Flachseite 22 freiliegend angeordnet sind. Beim Direktsteckelement 3 des zweiten Ausführungsbeispiels sind die ersten und zweiten Direktkontakte 31, 32 in einem ersten Kontaktträgerteil 30A angeordnet, das im Wesentlichen dem Kontaktträger 30 des ersten Ausführungsbeispiels entspricht. Ferner sind ein dritter und vierter Direktkontakt 33, 34 in einem zweiten Kontaktträgerteil 30B angeordnet, das im Wesentlichen identisch zum ersten Kontaktträgerteil 30A ausgebildet ist. Die ersten und zweiten Direktkontakte 31, 32 sind hierbei zu den dritten und vierten Direktkontakten 33, 34 um 180° entgegengesetzt ausgerichtet. Ferner ist der dritte Direktkontakt 33 über eine dritte Verbindungsvorrichtung 43 an einem dritten Kabel 8 angebunden und der vierte Direktkontakt 34 ist über eine vierte Verbindungsvorrichtung 44 an einem vierten Kabel 9 angebunden.
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Wie aus 3 weiter ersichtlich ist, ist der dritte Direktkontakt 33 baugleich mit dem ersten Direktkontakt 31 und der vierte Direktkontakt 34 baugleich mit dem zweiten Direktkontakt 32 ausgebildet. Am ersten Kontaktträgerteil 30A und am zweiten Kontaktträgerteil 30B ist ferner jeweils die Dichtung 36 vorgesehen, durch die die ersten und zweiten Kabel 6, 7 in das erste Kontaktträgerteil 30A bzw. die dritten und vierten Kabel 8, 9 in das zweite Kontaktträgerteil 30B hineingeführt sind. Die ersten und zweiten Direktkontakte 31, 32 kontaktieren die ersten und zweiten Kontaktbereiche 51, 52 in der Kontaktrichtung K, während die dritten und vierten Direktkontakte 33, 34 die dritten und vierten Kontaktbereiche 52, 54 entgegengesetzt zur Kontaktrichtung K kontaktieren.
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Bei der oben beschriebenen, zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen elektrischen Anordnung 1 ist es somit möglich, eine äußerst kompakt ausgebildete, bauraumminimierte mehrreihige Direktkontaktierung auf beiden Flachseiten 21, 22 der Trägerplatte 2 mit einer Vielzahl von kostengünstig und wirtschaftlich herzustellenden Gleichteilen bereitzustellen, die den Bestückungsvorgang während der Fertigung wesentlich vereinfachen und Beschädigungen hierbei weitestgehend verhindern. Dadurch ist eine doppelte Anzahl von Direktkontaktierungen mit einer deutlich reduzierten Baulänge der elektrischen Anordnung 1 realisierbar. Zudem können identische Werkzeuge kosteneffizient für die Fertigung der ersten und zweiten Kontaktträgerteile 30A, 30B verwendet werden, wodurch der erforderliche Gesamtkostenaufwand deutlich reduziert ist.
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Ansonsten entspricht dieses Ausführungsbeispiel dem ersten Ausführungsbeispiel, so dass auf die vorhergehende Beschreibung verwiesen werden kann.
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Nachfolgend wird mit Bezug auf 4 ein Direktsteckelement 3 gemäß einem dritten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung im Detail beschrieben. Gleiche oder funktional gleiche Bauteile sind hier mit denselben Bezugszeichen wie in den ersten und zweiten Ausführungsbeispielen bezeichnet.
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Im Gegensatz zum zuvor beschriebenen zweiten Ausführungsbeispiel sind beim dritten Ausführungsbeispiel die ersten und zweiten Kontaktträgerteile 30A und 30B des Direktsteckelements 3 durch ein Gelenk 45 beweglich miteinander verbunden, welches an der Dichtung 36 zugewandten Endbereichen 61, 62 der ersten und zweiten Kontaktträgerteile 30A bzw. 30B angeordnet ist. Durch die in und entgegengesetzt zur Kontaktrichtung K mögliche Bewegung der ersten und zweiten Kontaktträgerteile 30A und 30B können etwaige Toleranzen der Trägerplatte 2 und/oder deren Kontaktbereiche 51, 52, 53, 54 beim Einsteckvorgang in das Direktsteckelement 3 entgegen der Längsrichtung L ausgeglichen werden. Alternativ kann das Gelenk 45 auch über ein hier nicht dargestelltes, zusätzlich angeordnetes Federelement gegenüber der Trägerplatte 2 vorgespannt werden. Die daraus resultierenden Anpresskräfte auf die beiden Flachseiten 21, 22 der Trägerplatte 2 gewährleisten betriebssichere und kontinuierlich zuverlässige Direktkontaktierungen der elektrischen Anordnung.
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Ansonsten entspricht dieses dritte Ausführungsbeispiel den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen, so dass auf die vorhergehenden Beschreibungen verwiesen werden kann.
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Nachfolgend wird mit Bezug auf 5 ein Direktsteckelement 3 gemäß einem vierten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung im Detail beschrieben. Gleiche oder funktional gleiche Bauteile sind hier mit denselben Bezugszeichen wie in den vorhergehenden Ausführungsbeispielen bezeichnet.
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Im Gegensatz zum zuvor beschriebenen dritten Ausführungsbeispiel sind beim vierten Ausführungsbeispiel die ersten und zweiten Kontaktträgerteile 30A und 30B des Direktsteckelements 3 an den Endbereichen 61, 62 starr verbunden und als einteiliges Bauteil ausgebildet. Beim Einschub der Trägerplatte 2 in das einteilige Bauteil erzeugen die dabei auftretenden elastischen Verformungen der insbesondere aus Kunststoff hergestellten Kontaktträgerteile 30A und 30B eine erhöhte Anpresskraft auf die Direktsteckkontakte, woraus zuverlässige Direktkontaktierungen für alle Betriebszustände und Einsatzzwecke resultieren.
