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Stand der Technik
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Kraftfahrzeuge können eine Vielzahl von Sicherheits-, Komfort- und Informationsfunktionen bieten. Hierzu können an bzw. in den Kraftfahrzeugen unterschiedliche Aktuatoren und Sensoren angeordnet sein. Ein im Kraftfahrzeug vorgesehenes Steuergerät kann beispielsweise Signale von den Sensoren aufnehmen und verarbeiten sowie Steuersignale an die Aktuatoren ausgeben. Je mehr Funktionen in einem Kraftfahrzeug vorgesehen sind, desto höher können die Anforderungen an ein Steuergerät sein, das diese Funktionen kontrolliert. Insbesondere steigt eine Anzahl von elektrischen Leitungen, die dem Daten- und Signalaustausch zwischen dem Steuergerät und Sensoren bzw. Aktuatoren dienen.
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Um zum Beispiel eine Montage, Wartung oder Reparatur des Steuergeräts zu ermöglichen, sind die Leitungen im Allgemeinen nicht fest mit dem Steuergerät verbunden, sondern über eine Steckerverbindung lösbar an dem Steuergerät angebracht. An dem Steuergerät ist hierzu eine Vielzahl von Kontaktelementen, beispielsweise in Form einer Leiterplatte mit Lötaugen vorgesehen. Die Kontaktelemente können im Inneren des Steuergeräts mit entsprechenden Signal- und Datenleitungen hin zu beispielsweise Steuerkomponenten oder Datenverarbeitungskomponenten des Steuergeräts verdrahtet sein.
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Dabei können die Kontaktelemente am Steuergerät zum Beispiel mit komplementären Gegenkontaktelementen bzw. Pins zusammenwirken, die beispielsweise in einem Stecker beispielsweise am Ende eines Kabelbaums vorgesehen sind. Zur Herstellung einer elektrisch leitfähigen Verbindung zwischen dem Steuergerät und den Leitungen des Kabelbaums sollten die Pins so genau wie möglich an den Kontaktelementen des Steuergeräts positioniert werden. Hierzu kann ein Führungselement für die Pins vorgesehen sein. Allerdings kann es beim Durchführen der Pins durch das Führungselement zu einer Beschädigung der Pins, insbesondere der Zinnbeschichtung der Pins kommen. Ferner können die entstehenden Späne zu einer Verunreinigungen der Kontaktelemente führen.
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Offenbarung der Erfindung
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Es kann daher ein Bedarf an einer verbesserten Steckeranordung und einem entsprechenden Herstellungsverfahren für eine Steckeranordung bestehen, die es insbesondere ermöglichen eine Beschädigung von Pins und gegebenenfalls eine Verunreinigung der Kontaktelemente zu vermeiden.
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Dieser Bedarf kann durch den Gegenstand der vorliegenden Erfindung gemäß den unabhängigen Ansprüchen gedeckt werden. Vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
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Im Folgenden werden Merkmale, Einzelheiten und mögliche Vorteile einer Vorrichtung gemäß Ausführungsformen der Erfindung im Detail diskutiert.
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Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird eine Steckeranordnung für ein Steuergerät vorgestellt. Die Steckeranordnung weist einen Pinhalter mit einem Pin auf. Ferner weist die Steckeranordnung ein Führungselement mit einer Durchführung zum Positionieren des Pins an einer Leiterplatte des Steuergeräts auf. Die Durchführung weist dabei eine Eintrittsöffnung auf der dem Pinhalter zugewandten Seite und eine Austrittsöffnung auf der vom Pinhalter abgewandten Seite des Führungselements auf. Dabei ist ein Durchmesser der Eintrittsöffnung größer als ein Durchmesser der Austrittsöffnung. Ferner weist der Pin einen Zentrierbereich auf. Ein Durchmesser des Zentrierbereichs ist dabei kleiner als der Durchmesser der Eintrittsöffnung und größer als der Durchmesser der Austrittsöffnung.
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Anders ausgedrückt basiert die Idee der vorliegenden Erfindung darauf, einen Zentrierbereich in Form einer Verdickung am Pin vorzusehen und dadurch die Ausrichtungsfunktion des Pins auf diesen Bereich zu konzentrieren. Auf diese Weise kann die Ausrichtung des Pins in allen drei Raumrichtungen optimiert werden. Ferner kann die Bildung von Spänen bzw. Flittern, die zum Beispiel durch Reibung der Pinspitze an den Innenwänden der Durchführung bei der Montage des Führungselements am Pinhalter entstehen, vermieden werden.
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Die erfindungsgemäße Steckeranordnung kann beispielsweise an Steuergeräten eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Hybrid- oder Elektrofahrzeugs, verwendet werden.
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Der Pinhalter kann auch als Messerleiste bezeichnet werden. Dabei weist der Pinhalter mindestens einen Pin und vorzugsweise eine Vielzahl von Pins auf. Die Pins können insbesondere an der Pinspitze eine Zinkschicht bzw. Verzinnung aufweisen, um die elektrische Leitfähigkeit und/oder Lötbarkeit zu verbessern.
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Das Führungselement kann auch als Führungsleiste bezeichnet werden und weist mindestens eine Durchführung auf. Vorzugsweise weist das Führungselement eine Vielzahl von Durchführungen auf, die zum Beispiel der Vielzahl der Pins am Pinhalter entspricht. Die Durchführungen bzw. Ausnehmungen des Führungselements dienen zum Durchführen der Pins in Richtung der Leiterplatte, an der sich die Kontaktelemente des Steuergeräts befinden. Die Kontaktelemente können beispielsweise als Lötaugen ausgeführt sein.
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Der Pinhalter und das Führungselement können beispielsweise Kunststoff aufweisen bzw. aus Kunststoff bestehen. Insbesondere kann das Führungselement und gegebenenfalls auch der Pinhalter spritzgegossen sein.
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Jede der Durchführungen weist eine Eintritts- und eine Austrittsöffnung auf. Dabei ist das Führungselement derart am Pinhalter montiert, dass die Austrittsöffnung auf der vom Pinhalter abgewandten Seite angeordnet ist und die Eintrittsöffnung an der dem Pinhalter zugewandten Seite angeordnet ist.
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Der Durchmesser der Eintrittsöffnung, auch als erster Durchmesser bezeichnet, kann beispielsweise ca. 2 mm betragen. Der Durchmesser der Austrittsöffnung ist dabei kleiner als der Durchmesser der Eintrittsöffnung. Dabei kann der Durchmesser der Austrittsöffnung als zweiter Durchmesser bezeichnet werden und ca. 1 mm betragen. Das heißt, die Durchführung verengt sich in Steckrichtung des Pins.
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Der am Pin vorgesehene Zentrierbereich kann beispielsweise als eine Verdickung des Pins ausgeführt sein. Ein Durchmesser des Zentrierbereichs, auch als dritter Durchmesser bezeichnet, kann dabei zwischen dem ersten und dem zweiten Durchmesser liegen. Beispielsweise kann der Durchmesser des Zentrierbereichs bei mindestens 1,2 mm liegen.
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Der Zentrierbereich kann mit einem entlang der Längsachse des Pins variierenden Durchmesser ausgeführt sein. In diesem Fall ist der Mindestdurchmesser bzw. der kleinste Durchmesser des Zentrierbereichs größer als der Durchmesser der der Austrittsöffnung und keiner als der Durchmesser der Eintrittsöffnung.
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Durch eine derartige Ausgestaltung des Pins mit einer Verdickung kann die Durchführung zwischen dem Zentrierbereich und der Austrittsöffnung breiter ausgeführt sein als bei Führungselementen, bei denen die Durchführung direkt mit dem Funktionsbereich des Pins zusammenwirkt, um den Pin zu zentrieren. Hierdurch kann Durchführung insbesondere im Bereich der Austrittsöffnung breiter ausgeführt sein, als bei bekannten Führungselementen. Auf diese Weise weist die verzinnte Spitze des Pins einen größeren Abstand zur Innenwand der Durchführung beim Zentrieren auf. Somit kann eine Bildung von Zinnspänen durch Reibung des Pins an der Innenwand der Durchführung vermieden werden. Ferner kann die Positionsgenauigkeit des Pins in allen drei Raumrichtungen dank des Zentrierbereichs verbessert werden.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung weist der Pin einen Funktionsbereich auf, der ausgeführt ist, die Leiterplatte zu kontaktieren. Ein Durchmesser des Funktionsbereichs ist dabei kleiner als der Durchmesser des Zentrierbereichs und kleiner als der Durchmesser der Austrittsöffnung.
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Der Funktionsbereich kann beispielsweise verzinnt, das heißt mit einer Zinnschicht überzogen sein. Die Verzinnung dient dabei der Herstellung eines besseren elektrischen Kontakts. Der Durchmesser des Funktionsbereichs kann als vierter Durchmesser bezeichnet werden. Beispielsweise kann der vierte Durchmesser 0,6 mm betragen.
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Dank der Ausgestaltung des Pins mit einem Zentrierbereich und einem vergleichsweise wesentlich dünneren Funktionsbereich an der Spitze des Pins kann die Bohrung der Austrittsöffnung wesentlich größer als bei bisherigen Führungselementen ausgeführt sein. Im Gegensatz zur erfindungsgemäßen Steckeranordnung wurde bei bekannten Führungselementen der Bereich der Austrittsöffnung zum Zentrieren verwendet, so dass eine sehr enge Austrittsöffnung erforderlich war. Durch die Ausgestaltung der Austrittsöffnung mit einem erheblich größeren Durchmesser als der Durchmesser des Funktionsbereichs des Pins können Berührungen zwischen der Innenwand der Durchführung und dem verzinnten Funktionsbereich des Pins vermieden werden.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der Zentrierbereich des Pins in einer Ebene parallel zur Längsachse des Pins trapezförmig ausgeführt. Eine Neigung von Schenkeln des Trapezes entspricht dabei einer Neigung von Innenwänden der Durchführung zumindest in einem Bereich der Durchführung.
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Die Trapezform des Zentrierbereichs kann sich dabei in Steckrichtung des Pins verjüngen. Insbesondere kann der Zentrierbereich als gleichschenkliges Trapez ausgeführt sein. Durch die Ausführung des Zentrierbereichs als Trapez mit einer Neigung der Trapezschenkel, die der Neigung der Innenwände der Durchführung entspricht, liegt der Zentrierbereich über eine größere Fläche an der Innenwand der Durchführung auf bzw. an. Dies ermöglicht eine optimalere Zentrierung des Pins in allen drei Raumrichtungen. Insbesondere wird dank der trapezförmigen Ausgestaltung des Zentrierbereichs eine spielfreie Zentrierung des Pins ermöglicht.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung verläuft die Durchführung zwischen der Eintrittsöffnung und einem Bereich, dessen Durchmesser dem Durchmesser des Zentrierbereichs entspricht, konisch. Ferner weist die Durchführung einen zylindrischen Bereich zwischen der Austrittsöffnung und dem Bereich, dessen Durchmesser dem Durchmesser bzw. dem Mindestdurchmesser des Zentrierbereichs entspricht, auf. Der konische Bereich der Durchführung kann auch als Einführtrichter bezeichnet werden.
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Der Durchmesser der Durchführung, der dem Mindestdurchmesser des Zentrierbereichs entspricht, kann auch als fünfter Durchmesser bezeichnet werden. Die dem Pinhalter zugewandte Eintrittsöffnung weist somit den größten Durchmesser der Durchführung auf. Dieser verjüngt sich konisch bis zu der Stelle der Durchführung, die dem Mindestdurchmesser des Zentrierbereichs entspricht. Von dort aus verläuft die Durchführung zylindrisch bis zur Austrittsöffnung. Auf diese Weise kann zunächst ein breiter Einführbereich für den Pin des Pinhalters bereitgestellt werden. Anschließend ist nach der Zentrierung ein ausreichend breiter Kanal für den Funktionsbereich des Pins vorhanden, so dass keine Späne durch Reibung des Funktionsbereichs des Pins an den Innenwänden der Durchführung entstehen.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die Austrittsöffnung eine abgerundete Kante auf. Die Ausbildung der Austrittsöffnung mit einer abgerundeten Kante kann dabei dazu beitragen, die Bildung von Zinnspänen an der Austrittsöffnung zu vermeiden.
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Die abgerundete Kante kann beispielsweise beim Spritzgießen des Führungselements durch ein speziell ausgebildetes Werkzeug hergestellt werden. Im Gegensatz zu herkömmlichen Führungselementen, bei denen die Werkzeuggrat radial zum Pin verläuft und zu einer scharfen Kante führt, ist bei der erfindungsgemäßen Steckeranordnung die Werkzeugtrenngrat tangential zum Pin ausgeführt.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist an der Austrittsöffnung ein elastischer Kragen vorgesehen, der parallel zu einer Längsachse des Pins von dem Führungselement nach außen ragt.
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Das heißt, dank der entsprechenden Ausgestaltung des Spritzgießprozesses und des Werkzeugs, mit dem die Durchführungen hergestellt werden, kann ein elastischer Kragen an dem Führungselement vorgesehen werden. Der elastische Kragen ragt dabei auf der vom Pinhalter abgewandten Seite des Führungselements nach außen. Der elastische Kragen kann aufgrund seiner Ausgestaltung als dünne Kunststoffschicht elastisch ausgeführt sein. Insbesondere ist der elastische Kragen einstückig bzw. integral mit dem Führungselement ausgeführt. Dabei kann der Kragen eine abgerundete Kante aufweisen. Der elastische Kragen trägt zusätzlich dazu bei, eine Bildung von Zinnspänen, die beispielsweise zu Kurzschlüssen an der Leiterplatte des Steuergeräts führen können, zu vermeiden.
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Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Steuergerät mit einer oben beschriebenen Steckeranordnung vorgestellt. Das Steuergerät kann beispielsweise in einem Kraftfahrzeug eingebaut sein.
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Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen einer oben beschriebenen Steckeranordnung vorgestellt. Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf: Bereitstellen eines Pinhalters mit einem Pin; Bereitstellen eines Führungselements mit einer Durchführung zum Positionieren des Pins an einer Leiterplatte; Versehen der Durchführung mit einer Eintrittsöffnung auf der dem Pinhalter zugewandten Seite und einer Austrittsöffnung auf der vom Pinhalter abgewandten Seite; Vorsehen eines Zentrierbereichs am Pin. Ein Durchmesser der Eintrittsöffnung ist dabei größer als ein Durchmesser der Austrittsöffnung. Ferner ist ein Durchmesser des Zentrierbereichs dabei kleiner als der Durchmesser der Eintrittsöffnung und größer als der Durchmesser der Austrittsöffnung ausgeführt.
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Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden dem Fachmann aus der nachfolgenden Beschreibung beispielhafter Ausführungsformen, die jedoch nicht als die Erfindung beschränkend auszulegen sind, unter Bezugnahme auf die beigelegten Zeichnungen ersichtlich.
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1 zeigt eine schematische Seitenansicht eines Steuergeräts mit einer Steckeranordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung
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2 zeigt perspektivische Draufsicht auf eine vom Pinhalter abgewandte Seite des Führungselements
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3A zeigt einen perspektivischen Schnitt durch einen bekannten Stecker
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3B zeigt einen perspektivischen Schnitt durch eine Steckeranordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung
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4 zeigt einen Querschnitt durch die in 3B dargestellte
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Steckeranordnung
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5 zeigt einen Querschnitt durch die in 3B dargestellte Steckeranordnung um 90° gegenüber der Darstellung von 4 versetzt
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6 zeigt die Steckeranordnung aus 4 beim Einstecken des Pins in das Führungselement
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Alle Figuren sind lediglich schematische Darstellungen erfindungsgemäßer Vorrichtungen bzw. ihrer Bestandteile gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung. Insbesondere Abstände und Größenrelationen sind in den Figuren nicht maßstabsgetreu wiedergegeben. In den verschiedenen Figuren sind sich entsprechende Elemente mit den gleichen Referenznummern versehen.
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In 1 ist eine grobschematische Seitenansicht eines Steuergeräts mit einer Steckeranordnung 1 dargestellt. Das Steuergerät 3 weist eine Leiterplatte 5 auf. Auf der Leiterplatte 5 sind elektrische Kontaktelemente in Form von Lötaugen 7 vorgesehen. Zum Herstellen einer elektrischen Verbindung zwischen der Leiterplatte 5 und beispielsweise einem mit Pins 11 versehenen Pinhalter 9 an einem Kabelbaum werden die Pins 11 an den Lötaugen 7 positioniert. Um eine genaue Positionierung der Pins 11 an den Lötaugen 7 zu gewährleisten, ist ein Führungselement 15 in Form einer Führungsleiste vorgesehen. Wie in den 2 bis 6 gezeigt, weist das Führungselement 15 Durchführungen 17 auf, an denen die Pins 11 in Bezug auf die Leiterplatte 5 und insbesondere auf die Lötaugen 7 ausgerichtet werden. Die Ausrichtung kann dabei sowohl in Steckrichtung 47 bzw. in z-Richtung als auch in einer xy-Ebene, das heißt senkrecht zur Steckrichtung 47, stattfinden.
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In 2 ist eine perspektivische Draufsicht auf das Führungselement 15 dargestellt. Dabei zeigt 2 eine vom Pinhalter 9 abgewandte Seite des Führungselements 15. Das heißt, 2 zeigt die der Leiterplatte 5 zugewandte Seite des Führungselements 15. Dabei sind die Durchführungen 17 bzw. die Austrittsöffnungen 21 der Durchführungen 17 sichtbar.
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In 3A ist ein perspektivischer Schnitt durch einen bekannten Stecker 1‘ dargestellt. Dabei ist das Führungselement 15‘ mit einer Durchführungsöffnung 17‘ versehen, in die der Pin 11‘ eingeführt wird. Der Pin 11‘ wird dabei durch eine enge Ausgestaltung der Durchführung 17‘ zentriert. Dabei kann eine Zinnschicht 13‘ an der Spitze des Pins durch die Reibung an den Innenwänden der Durchführung 17‘ beschädigt werden. Die entstehenden Zinnflitter bzw. Späne können auf der Leiterplatte zu Kurzschlüssen führen.
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In 3B ist ein perspektivischer Schnitt durch eine Steckeranordnung 1 gemäß der Erfindung dargestellt. Im Unterschied zum in 3A gezeigten bekannten Stecker 1‘ wird der Pin 11 nach einem anderen Prinzip zentriert. Insbesondere weist der Pin 11 einen Zentrierbereich 27 und einen mit einer Zinnschicht 13 versehenen Funktionsbereich 31 auf. Die Eintrittsöffnung 19 der Durchführung 17 weist einen ersten Durchmesser 23 auf. Ferner weist die Austrittsöffnung 21 des Führungselements 15 einen zweiten Durchmesser 25 auf. Der erste Durchmesser 23 ist dabei größer als der zweite Durchmesser 25. Ferner weist der Zentrierbereich 27 des Pins 11 einen Mindestdurchmesser, der als dritter Durchmesser 29 bezeichnet wird, auf. Des Weiteren weist der Funktionsbereich 31 einen Durchmesser auf, der auch als vierter Durchmesser 33 bezeichnet wird. Der vierte Durchmesser ist dabei wesentlich kleiner als der zweite Durchmesser 25 der Austrittsöffnung ausgeführt. Die Durchmesser 23, 25, 29, 33 sind dabei in 4 eingezeichnet.
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Im Vergleich zum in 3A gezeigten bekannten Stecker 1‘ ist der Bereich der Austrittsöffnung 21 bei der erfindungsgemäßen Steckeranordnung 1 wesentlich breiter ausgeführt. Auf diese Weise kann die Bildung von Zinnspänen bei der Montage des Führungselements 15 an dem Pinhalter 9 vermieden werden. Ferner kann eine bessere Positionsgenauigkeit in allen drei Raumrichtungen erreicht werden.
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4 zeigt einen Querschnitt durch die in 3B dargestellte Steckeranordnung entlang der Längsachse 41 des Pins 11. 5 zeigt ebenfalls einen Querschnitt durch die in 3B dargestellte Steckeranordnung entlang der Längsachse 41 des Pins 11. Der Schnitt in 5 verläuft dabei um 90° gegenüber der Darstellung in 4 um die Längsachse 41 gedreht. Dass heißt, der Querschnitt in 4 könnte in einer zy-Ebene verlaufen, während der Querschnitt in 5 in einer xz-Ebene verläuft.
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Wie in den 3B bis 6 gezeigt, ist der Zentrierbereich 27 des Pins 11 trapezförmig ausgeführt. Die Neigung der Trapezschenkel entspricht dabei der Neigung der Innenwände der Durchführung 17. Auf diese Weise kann eine spielfreie Positionierung des Pins 11 erreicht werden.
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Die Durchführung 17 weist dabei, wie in 5 gezeigt, einen konischen Bereich 35 und einen zylindrischen Bereich 37 auf. Der konische Bereich 35 verläuft dabei zwischen der Eintrittsöffnung 19 und einem Bereich der Durchführung 17, dessen Durchmesser, auch als fünfter Durchmesser 45 bezeichnet, dem Durchmesser 29 des Zentrierbereichs 27 entspricht. Weiter verläuft die Durchführung 17 von diesem Punkt bis zur Austrittsöffnung 21 zylindrisch, das heißt mit gleichbleibendem Durchmesser. Auf diese Weise kann eine weite Durchgangsbohrung für den Pin 11 bereitgestellt werden, so dass dieser beim Einführen, wie zum Beispiel in 6 gezeigt, wenig oder gar keinen Kontakt mit den Innenwänden der Durchführung 17 hat.
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Eine weitere Vermeidung der Bildung von Spänen kann dadurch realisiert werden, dass die Austrittsöffnung 21 mit einer abgerundeten Kante 39 realisiert ist. Dies kann zum Beispiel durch die Wahl der Viskosität des Grundstoffs des Führungselements 15 und durch die Wahl der Spritzgießwerkzeuge bewerkstelligt werden.
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Ferner kann, wie in den 5 und 6 dargestellt, ein elastischer Kragen 43 an der Austrittsöffnung 21 vorgesehen sein. Der elastische Kragen 43 verläuft dabei parallel zu einer Längsachse 41 des Pins 11 und ragt von der Austrittsöffnung 21 nach außen. Der elastische Kragen 43 trägt zusätzlich dazu bei, eine Bildung von Zinnspänen zu vermeiden. Der in 6 gezeigte Pin 11 weist dabei einen längeren Funktionsbereich 31 auf, als der in 4 gezeigte Pin 11. Das heißt der Funktionsbereich 31 in 6 steht im eingeführten Zustand weiter aus der Austrittsöffnung 21 hervor als der in 4 dargestellte Pin 11.
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Abschließend wird angemerkt, dass Ausdrücke wie „aufweisend“ oder ähnliche nicht ausschließen sollen, dass weitere Elemente oder Schritte vorgesehen sein können. Des Weiteren sei darauf hingewiesen, dass „eine“ oder „ein“ keine Vielzahl ausschließen. Außerdem können in Verbindung mit den verschiedenen Ausführungsformen beschriebene Merkmale beliebig miteinander kombiniert werden. Es wird ferner angemerkt, dass die Bezugszeichen in den Ansprüchen nicht als den Umfang der Ansprüche beschränkend ausgelegt werden sollen.
