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Die Erfindung betrifft einen Steckverbinder und eine Kontaktanordnung zwischen dem Steckverbinder und einem Schaltungsträger gemäß den Oberbegriffen der unabhängigen Ansprüche.
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Stand der Technik
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In vielen Fällen weisen elektrische und/oder elektronische Module für einen einfachen elektrischen Anschluss einen Steckverbinder auf, welcher durch einen entsprechenden Gegenstecker kontaktierbar ist. Derartige Stickverbinder sind im Allgemeinen auch als Messerleisten oder Stiftleisten bekannt. Sie weisen in der Regel einen isolierenden Steckerkörper auf, aus welchen beidseitig gerichtet eine Vielzahl von Leitungsdrähten herausragen. Die eine Seite bildet durch die Leitungsdrähte ein Steckerkontaktschema für den Gegenstecker aus. Auf der anderen Seite sind die Leitungsdrähte entsprechend einem Anschlusskontaktschema mit Kontaktstellen eines Schaltungsträgers elektrisch verbunden. Zum Anschluss an den Schaltungsträger weisen die Leitungsdrähte jeweils beispielsweise einen Einpresspin auf, welche mit korrespondierenden Öffnungen in dem Schaltungsträger jeweils einen Einpresskontakt ausbilden. Aufgrund der mechanischen Beanspruchung im Bereich des Einpresskontaktes kennt man bei bestimmten Pinmaterialien und/oder Pinbeschichtungen, beispielsweise Reinzinn, bereits die Problematik eines zeitlich fortschreitenden Whiskerwachstums. Gelöste Whiskerpartikel und/oder beim Einpressvorgang gelöste Freipartikel bergen die Gefahr einer Kurzschlussbrückenbildung während des Betriebes des elektrischen und/oder des elektronischen Modules. Zum prozesssicheren elektrischen Verbinden der Leitungsdrähte mit einem Schaltungsträger ist es ferner erforderlich, dass die Leitungsdrähte jeweils relativ zueinander in einer definierten Anordnung stehen.
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Die Offenlegungsschrift
DE 10 2014 219 126 A1 offenbart eine Steckverbindung zum Anschluss an einen Schaltungsträger, bzw. eine Leiterplatte. Die Steckverbindung weist mehrere Pins auf, welche in entsprechende Bohrungen des Schaltungsträgers hineinragen. Die Pins sind dabei durch eine Zentrierleiste geführt. Zwischen der Zentrierleiste und dem Schaltungsträger ist ein elektrisch isolierender Körper vorgesehen, welcher hohlzylindrische Bohrungen für jeden einzelnen Pin aufweist. Die hohlzylindrischen Bohrungen begrenzen im Bereich der umschlossenen Pins den Raum für ein mögliches Whiskerwachstum. Der isolierende Körper wird durch die Zentrierleiste durch Anpressen an den Schaltungsträger in seiner Position gehalten. Alternativ ist der isolierende Körper mit dem Schaltungsträger verklebt. Die hohlzylindrischen Bohrungen treten aus einer ebenen Fläche des isolierenden Körpers aus. Um einen Spaltfreien Hohlraum für möglicherweise gebildete Whiskerpartikel sicherzustellen, müssen die ebene Fläche und die Auflagefläche des Schaltungsträgers eine sehr hohe Ebenheit zueinander aufweisen.
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Offenbarung der Erfindung
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Vorteile
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine fehlerfreie und fertigungsoptimierte Kontaktanordnung zwischen einem toleranzbehafteten Steckverbinder und einem toleranzbehafteten Schaltungsträger zu erhalten.
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Diese Aufgabe wird durch einen Steckverbinder und einer Kontaktanordnung zwischen dem Steckverbinder und einem Schaltungsträger mit den kennzeichnenden Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst.
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Ausgegangen wird hierbei von einem Steckverbinder zum Anschluss an einen Schaltungsträger, umfassend zumindest einen elektrisch isolierenden Steckerkörper. Der Steckerkörper weist eine Vielzahl von in einer Musteranordnung beabstandeten Leitungsdrähten auf. Mit ihrem jeweils einem Ende bilden die Leitungsdrähte dabei ein Steckerkontaktschema zum elektrischen Kontaktieren bzw. Anschluss eines Gegensteckers aus. Mit ihrem jeweils entgegengesetzten Ende der Leitungsdrähte ist wiederrum ein Anschlusskontaktschema für korrespondierende Kontaktstellen des Schaltungsträgers ausgebildet. Die Leitungsdrähte sind bevorzugt jeweils einstückig ausgebildet, beispielsweise mit einem runden oder rechteckigen Querschnitt, wobei eine Längserstreckung ein Vielfaches des kleinsten Querschnittmaßes ausmacht. Alternativ setzt sich ein Leitungsdraht aus unterschiedlichen Abschnittselementen zusammen, zumindest mit einem zur Seite des Steckerkontaktschemas abschließendem ersten Leitungselement und einem zur Seite des Anschlusskontaktschemas abschließendem zweiten Leitungselement, welche untereinander zumindest mittelbar über eine Verbindungsstelle elektrisch miteinander kontaktiert sind. Die Leitungsdrähte sind zumindest auf der Seite des Anschlusskontaktschemas in ihrer Anordnung relativ zueinander durch eine Positionier- und/oder Ausrichtplatte orientiert, indem die Positionier- und/oder Ausrichtplatte gleichgerichtete Führungsöffnungen aufweist, die jeweils durch einen Leitungsdraht mit Spiel durchdrungen sind. Die Positionier- und/oder Ausrichtplatte weist ferner eine Auflagefläche auf, welche bei einer Verbindung des Steckverbinders mit einem Schaltungsträger in Anlagekontakt zu einer Gegenfläche des Schaltungsträgers steht. Dabei sind die Führungsöffnungen auf der Seite der Auflagefläche von einer zur jeweiligen Führungsöffnung beabstandeten und abstehenden Wandung umschlossen, wobei die Wandung einen Hohlraum derart freihält, dass bei einer Verbindung des Steckverbinders mit einem Schaltungsträger jeweils ein Auffangreservoir ausgebildet ist zur Aufnahme von an den Leitungsdrähten gewachsenen Whiskerpartikel und/oder von den Leitungsdrähten gelösten Freipartikel. Zur Ausbildung eines spaltfreien Anlagenkontakts ist die Auflagefläche nachgiebig. Bevorzugt ist unter nachgiebig auch eine zumindest teilweise, insbesondere vollständig elastische Eigenschaft der Auflagefläche verstanden. In vorteilhafter Weise können dadurch toleranzbedingte Maßungenauigkeiten beim Steckerkörper, dem Schaltungsträger und bei der Positionier- und/oder Ausrichtplatte wirkungsvoll ausgeglichen werden. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass ansonsten verbleibende Spalte aufgrund eines ggf. nur partiell vorliegenden Anlagekontaktes ausgeschlossen werden können. Dadurch ist die Gefahr unterbunden, dass im Hohlraum befindliche Whiskerpartikel und/oder gelöste Freipartikel durch derartige Spalte nach außen dringen können und ggf. zu einem Schaden durch Kurzschlussbrückenbildung führen. Bevorzugt ist eine Nachgiebigkeit der Auflagefläche von mehreren mm gegeben, insbesondere in einer zur Gegenfläche des Schaltungsträger senkrechten Richtung, beispielsweise von bis zu 3 mm, wenigstens bis zu 1 mm, zumindest bis zu 0,5 mm.
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Prinzipiell kann die nachgiebige Auflagefläche zur Erreichung eines spaltfreien Anlagenkontaktes zu einem Schaltungsträger konstruktiv verschiedenartig ausgeführt sein. In einer vorteilhaften Ausführungsform des Steckverbinders ist die nachgiebige Auflagefläche in ihrer Ausgangsform eben ausgebildet und die jeweils umschließende Wandung als Senkabsatz in der Auflagefläche eingebracht. Hierbei kann der Steckerkörper aus einem Grundkörper aus festem Material gebildet sein, auf welchem abschließend eine Schicht aus einem weicheren, dann nachgiebigerem Material aufgebracht ist, insbesondere stoffverbunden. Bevorzugt weist das weichere Material elastische Eigenschaften auf, wogegen im Vergleich das Material des Grundkörpers starr ist, d.h. bei einer Kraftbeaufschlagung ein Vielfaches weniger nachgibt. Der Senkabsatz kann hierbei nur bis in das weichere Material reichen. Alternativ kann der Senkabsatz auch in das festere Material des Grundkörpers reichen. Insgesamt ergibt sich eine großflächige Auflage, so dass eine Krafteinwirkung auf den Schaltungsträger verteilt ist.
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In einer alternativen Ausführungsform des Steckverbinders ist die jeweils umschließende Wandung zumindest teilweise als nachgiebige Formrippe abstehend zu einem Grundkörper der Positionier- und Ausrichtplatte ausgebildet, wobei die Formrippe wiederrum aus einem weichen, insbesondere elastischen Material gebildet ist, wogegen der Grundkörper aus einem festen Material besteht und unter Belastung im Vergleich starr verbleibt. Alternativ ist die Positionier- und/oder Ausrichtplatte einstückig zumindest aus dem Grundkörper und einer Vielzahl von abstehenden Formrippen gebildet. Die Nachgiebigkeit der einzelnen Formrippen lässt sich dann beispielsweise durch eine entsprechend dünne Wandstärke und/oder durch eine entsprechende Formgebung, beispielsweise eine rosettenartige Formgebung, einstellen. Eine einfache Realisierung zeigt sich beispielsweise in einer Positionier- und/oder Ausrichtplatte als Spritzgussteil, insbesondere aus einem Kunststoffmaterial. Insgesamt ergibt sich die Auflagefläche durch Abschlussflächen der abstehenden Formrippen. Durch eine Beabstandung einzelner Formrippen zueinander lässt sich eine lokal sehr wirksame Nachgiebigkeit der Auflagefläche zur Erreichung eines Toleranzausgleiches ggü. eines anliegenden Schaltungsträgers erzielen. Der durch die umschließende Wandung freigehaltene Hohlraum kann beispielsweise einen runden, ovalen, rechtwinkligen, polygonen oder rosettenartigen Querschnitt aufweisen.
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In Weiterbildung des Steckverbinders sind die Leitungsdrähte zur Ausbildung einer Einpresszone in komplementären Aussparungen des Schaltungsträgers zumindest auf der Seite des Anschlusskontaktschemas jeweils in Form eines Einpresspins ausgebildet. Hierbei eignen sich vorteilhaft auch solche Leitungsdrähte, die zumindest im Bereich der Einpresspins eine zu Whiskerwachstum neigende Beschichtung oder Materialzusammensetzung aufweisen, insbesondere aus Reinzinn, aus Zink oder aus einer ihrer Legierungen. Gewachse Whiskerpartikel und/oder gelöste Freipartikel verbleiben dabei aufgefangen innerhalb des gebildeten Auffangreservoirs.
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Durch den Steckerkörper und die Positionier- und/oder Ausrichtplatte ist zumindest eine Rastverbindung ausgebildet, mittels welcher der Steckerkörper und die Positionier- und/oder Ausrichtplatte in zumindest einer Raststellung gehalten sind, wobei durch die Rastverbindung ein Gegenlager ausbildbar ist zur Aufrechthaltung einer Anlagekraft der Auflagefläche in Anlagekontakt mit der Gegenfläche des Schaltungsträgers. Gleichzeitig ist die Positionier- und/oder Ausrichtplatte dadurch innerhalb des Steckverbinders definiert örtlich fixiert, was die weitere Montage und das Handling des Steckverbinders innerhalb eines Fertigungsprozesses insgesamt vereinfacht. Dadurch können auch Wegstrecken bei einem Transport überbrückt werden, ohne dass eine zusätzliche Sicherung gegen ein Lösen der Positionier- und/oder Ausrichtplatte erforderlich ist. Zusätzlich ist durch die Fixierung der Positionier- und/oder Ausrichtplatte ausgeschlossen, dass die empfindlichen Leitungsdrähte durch ein schädliches Verrücken und/oder Verkippen verbogen oder beschädigt werden, so dass der Steckverbinder dann für eine weitere Montage unbrauchbar wird.
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Ein besonderer Vorteil ergibt sich dadurch, dass der Steckverbinder mehr als eine mögliche Raststellung von dem Steckerkörper und der Positionier- und/oder Ausrichtplatte aufweist. Auf diese Weise kann eine vorteilhafte Anordnung der Positionier- und/oder Ausrichtplatte relativ zum Steckerkörper in Abhängigkeit von bestimmten Fertigungs- oder Montagephasen berücksichtigt werden.
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So ist bevorzugt eine mögliche Raststellung als eine Transportraststellung vorgesehen. Hierbei ist es vorteilhaft, dass die Positionier- und/oder Ausrichtplatte möglichst weit in Richtung zur Seite des Kontaktanschlussschemas angeordnet ist, um die Leitungsdrähte vor mechanischer Beschädigung zu schützen. Ein optimierter Schutz ergibt sich insbesondere in einer solchen Anordnung, in welcher zumindest ein jeweiliger Teilabschnitt der zum elektrischen Kontaktieren ausgebildeten Verbindungsbereiche der Leitungsdrähte, bevorzugt ein Einpresspin, innerhalb der Führungsöffnungen angeordnet ist. Insgesamt ist dadurch eine Vormontagegruppe erhältlich, bei welcher eine zeitlich und/oder örtlich nachgesetzte Fertigung zum Anschluss des Steckverbinders an einen Schaltungsträger prozesssicher ermöglicht ist. Eine weitere bevorzugte Raststellung ergibt sich bei einer Endmontageraststellung, bei welcher die Positionier- und/oder Ausrichtplatte beim Anschluss des Steckverbinders an einen Schaltungsträger dauerhaft die Leitungsdrähte voneinander isoliert beabstandet hält. Bevorzugt ist in der Endmontageraststellung durch die Rastverbindung das Gegenlager zur Aufrechthaltung der Anlagekraft zur kontaktierten Gegenfläche des Schaltungsträgers gestellt. Darüber hinaus lassen sich noch weitere Raststellungen vorsehen, die einen Montagevorgang oder einen Fertigungsprozess vorteilhaft unterstützen. Grundsätzlich ist jede Raststellung durch ein Verschieben der Positionier- und/oder Ausrichtplatte in Richtung der Längserstreckung der Leitungsdrähte erreichbar. Ein Verschieben ist dabei sowohl in Richtung des Kontaktanschlussschemas und/oder auch entgegengesetzt in Richtung des Steckerkontaktschemas ermöglicht.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform des Steckverbinders ist die Rastverbindung in einer Raststellung durch Überwinden einer Rasthaltekraft lösbar, insbesondere durch eine Kraftkomponente, die in Richtung der Leitungsdrähte zeigt. Auf diese Weise ist das einfache Verschieben der Positionier- und/oder Ausrichtplatte bis in die nächstfolgende Raststellung mit einer gegenüber der Rasthaltekraft verminderten Verschiebekraft ermöglicht. Ausgehend von beispielsweise einer Transportraststellung als einer ersten Raststellung auf der Seite des Anschlusskontaktschemas erfolgt eine solche lösbare Verbindung zum Ermöglichen eines vereinfachten Verschiebens der Positionier- und/oder Ausrichtplatte bevorzugt in Richtung des Steckerkontaktschemas. Dies entspricht in den meisten Fällen den Anforderungen für einen Montagefortgang. In entgegengesetzter Richtung dagegen, also in Richtung des Anschlusskontaktschemas, ist ein Verschieben der Positionier- und/oder Ausrichtplatte bevorzugt gesperrt. Ein Entsperren erfolgt beispielsweise bei einer Entsperrkraft, welche wesentlich größer ist als die Rasthaltekraft, insbesondere ein Vielfaches davon. Hierbei ist bevorzugt eine Wirkrichtung der Entsperrkraft zu einer Längserstreckung der Leitungsdrähte verschieden. Auf diese Weise ist beispielsweise eine Endmontageraststellung gegen ein unabsichtliches Lösen gesichert. Zusätzlich ist die Rasthaltekraft in der Endmontageraststellung größer als eine erforderliche Anlagekraft der Auflagefläche der Positionier- und/oder Ausrichtplatte ggü. einer kontaktierten Gegenfläche eines Schaltungsträgers. Optional kann die Rasthaltekraft in der Endmontageraststellung größer sein, als ein einer anderen Rastposition, beispielsweise der Transportraststellung. Auf diese Weise kann ein ausreichendes Gegenlager zur Aufrechthaltung der erforderlichen Anlagekraft für einen kontaktierten Schaltungsträger dimensioniert werden.
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Eine einfache Ausführung einer vorteilhaften Rastverbindung ergibt sich durch einen verfederten Rasthaken, welcher eine vorstehende Rastnase aufweist, die in eine komplementär ausgebildete Rastaussparung eingreift. Hierbei sind Ausführungen denkbar, bei welcher der Rasthaken beispielsweise an der Positionier- und/oder Ausrichtplatte und die Rastaussparung an dem Steckerkörper angeordnet sind oder in einer gerade verdrehten Anordnung ausgeführt sind.
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Insgesamt bevorzugt sind mehrere Rastverbindungen ausgebildet, um eine Krafteinleitung und/oder Krafthaltung auf mehreren Stellen der Positionier- und/oder Ausrichtplatte bzw. dem Steckerkörper vorzusehen. Vorteilhaft sind zumindest zwei Rastverbindungen auf gegenüberliegenden Seiten der Positionier- und/oder Ausrichtplatte ausgebildet. Auf diese Weise ist die Krafteinleitung und/oder Krafthaltung symmetrisch und damit ausgeglichen.
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In einer besonderen Ausführungsform des Steckverbinders umfasst der Steckerkörper auf der Seite des Anschlusskontaktschemas eine geschlossene oder teilgeöffnete Aussparung, in welche zumindest Abschnitte der Positionier- und/oder Ausrichtplatte in der zumindest einen Raststellung hineinragen und/oder die Rastverbindung in der Aussparung ausgebildet ist. Dadurch ergibt sich eine kompakte Anordnung, wodurch der Steckverbinder in seiner Baugröße nicht größer ausfällt. Bevorzugt ist die Positionier- und/oder Ausrichtplatte in der Endmontageraststellung vollständig innerhalb der Aussparung angeordnet.
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In einer Weiterbildung des Steckverbinders sind der Steckerkörper und die Positionier- und/oder Ausrichtplatte mittels einer Führung relativ zueinander verschiebbar. Die Führung ist bevorzugt ausgebildet durch komplementäre Führungselemente jeweils am Steckerkörper und an der Positionier- und/oder Ausrichtplatte, insbesondere in Form eine Feder-Nut-Führung. So sind beispielsweise in der Seitenwandung der oben beschriebenen Aussparung entsprechende Führungselemente angebracht oder im Steckerkörper ausgeformt. Diesen gegenüberliegend sind entsprechend komplementär ausgeführte Führungselemente an den Seitenwandungen der Positionier- und/oder Ausrichtplatte angeordnet oder in dieser ausgeformt. In einer bevorzugten Ausführungsform sind zumindest ein Paar von komplementären Führungselementen auf gegenüberliegenden Seiten der Positionier-und/oder Ausrichtplatte wirkverbunden. Auf diese Weise ist eine stabile Führung ohne zu verkanten ermöglicht. Insbesondere ist die Führung derart ausgeführt, das Auffinden einer Raststellung beim Verschieben der Positionier- und/oder Ausrichtplatte entlang der Längserstreckung der Leitungsdrähte zu begünstigen bzw. zu unterstützen. Vorteilhaft sind Führungselemente und Rastelemente unmittelbar nebeneinander am Steckerkörper bzw. an der Positionier- und/oder Ausrichtplatte aufgeführt, so dass die beabsichtigte Rastfunktion und die Führungsfunktion sich nicht negativ beeinflussen.
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In einer bevorzugten Ausführungsform des Steckverbinders umfasst die Positionier- und/oder Ausrichtplatte zumindest ein Zentrierelement, welches ausgebildet ist beim Anschluss des Steckverbinders an einen Schaltungsträger, den Schaltungsträger und/oder ein Montagewerkzeug mittels eines Formschlusses relativ zur Positionier- und Ausrichtplatte zu positionieren. Dadurch ist sichergestellt, dass zumindest ein Teilabschnitt der zum elektrischen Kontaktieren ausgebildeten Verbindungsbereiche der Leitungsdrähte den komplementären Kontaktstellen auf dem Schaltungsträger örtlich sehr exakt gegenübergestellt werden können. Dies ergibt sich vorteilhaft durch Vorliegen einer sehr kurzen Toleranzkette, wodurch beispielsweise die Ausbildung einer Vielzahl von parallelen Einpresskontakten prozesssicher durchzuführen ist. Bevorzugt weist das Zentrierelement einen Zentrierdorn auf, welcher den Schaltungsträger durch Eindringen in eine im Schaltungsträger vorliegende Zentrieröffnung ausrichtet. Zusätzlich kann das Zentrierelement einen weiteren Zentrierabschnitt in Form eines Zentrierdornes oder einer Zentrieröffnung aufweisen, welche die Positionier- und/oder Ausrichtplatte wiederrum relativ zum Montagewerkzeug ausrichtet. Der gegenüber dem Schaltungsträger zugewandte Zentrierdorn und der gegenüber dem Montagewerkzeug zugewandte weitere Zentrierabschnitt weisen bevorzugt eine gleiche Zentrierachse auf, beispielsweise durch eine koaxiale Anordnung. Zur Optimierung der beabsichtigten Zentrierung sind mehrere Zentrierelement vorgesehen, bevorzugt auf gegenüberliegenden Seiten der Positionier- und/oder Ausrichtplatte.
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Ein weiterer Vorteil ergibt sich bei einem Steckverbinder, bei welchem die Führungsöffnungen in der Positionier- und/oder Ausrichtplatte auf der dem Kontaktanschlussschema abgewandten Seite jeweils stetig aufgeweitet sind. Dadurch erfolgt eine kontinuierliche Vergrößerung der Öffnungsweite ohne Sprungstellen, was beispielsweise insbesondere durch eine Anfasung gegeben ist. Durch die Aufweitung liegt ein Art Fangtrichter vor zum vereinfachten erstmaligen Auffädeln der Leitungsdrähte in die Führungsöffnungen der Positionier- und/oder Ausrichtplatte. Dadurch ist die Montage sehr vereinfacht und eine unbeabsichtigte mechanische Beschädigung der Leitungsdrähte vorteilhaft minimiert.
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In Weiterbildung des Steckverbinders umfasst die Positionier- und/oder Ausrichtplatte auf der dem Kontaktanschlussschema zugewandten Seite zumindest ein Federelement, welches ausgebildet ist, bei der Verbindung des Steckverbinders mit einem Schaltungsträger die Positionier- und/oder Ausrichtplatte in der zumindest einen Raststellung mittels Federkraft gegen den Schaltungsträger zu verspannen. Dadurch ist vorteilhaft erreicht, dass sowohl die Positionier- und/oder Ausrichtplatte als auch der Schaltungsträger in einfachster Weise schwingungs- und bewegungsfest fixiert bleiben.
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Insgesamt ist die Positionier- und/oder Ausrichtplatte bevorzugt als einstückiges Kunststoffspritzgussteil ausgebildet, welches neben einem Grundkörper mit eingelassenen Führungsöffnungen zumindest ein Führungselement, ein Rastelement der Rastverbindung, ein Zentrierelement und/oder das Federelement zum federnd Andrücken an einen Schaltungsträger umfasst. Ggf. sind auch eine Vielzahl von abstehenden und nachgiebigen Formrippen einstückig angeformt.
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Die Erfindung betrifft auch eine Kontaktanordnung eines Schaltungsträgers mit einem Steckverbinder in zumindest einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen. Eine Kontaktanordnung ist ausgebildet, indem zumindest die Leitungsdrähte auf der Seite des Kontaktanschlussschemas mit dem Schaltungsträger elektrisch verbunden sind, insbesondere durch einen Lotkontakt oder durch einen Einpresskontakt. Dabei liegt die nachgiebige Auflagefläche der Positionier- und/oder Ausrichtplatte zumindest im Bereich der jeweils umschließenden Wandung mit einer Anlagekraft spaltfrei an einer Gegenfläche des Schaltungsträgers kontaktierend an. Optional liegt In einer bevorzugten Ausführungsform der Schaltungsträger auch zumindest bereichsweise auf Auflageflächen des Steckerkörpers auf, wobei die Positionier- und/oder Ausrichtplatte durch den Schaltungsträger von einer Transportraststellung in eine Endmontageraststellung verschoben ist. In der Endmontageraststellung stellt die gebildete Rastverbindung zwischen dem Steckerkörper und der Positionier- und/oder Ausrichtplatte ein Gegenlager zur Aufrechthaltung der Anlagekraft ggü. der kontaktierenden Gegenfläche des Schaltungsträgers. Die anderen Auflageflächen des Steckerkörpers wiederrum können hierbei als Anschläge zur Erreichung der Endmontageraststellung dienen. Zusätzlich werden die Teilabschnitte der zum elektrischen Kontaktieren ausgebildeten Verbindungsbereiche der Leitungsdrähte, beispielsweise in Form eines Einpresspins, zum spätestens Zeitpunkt eines Fertigungsprozesses zur Ausbildung einer elektrischen Verbindung mit dem Schaltungsträger, beispielsweise in Form eines Einpresskontaktes, freigegeben.
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Eine besonders vorteilhafte Ausführung der Kontaktanordnung ergibt sich dadurch, dass durch Auflagekontakt des Schaltungsträgers ein zum Schaltungsträger hin jeweils verschlossener Hohlraum im Bereich jeder von einem Leitungsdraht durchdrungenen Führungsöffnung der Positionier- und/oder Ausrichtplatte derart ausgebildet ist, dass ein Auffangreservoir gebildet ist zur Aufnahme insbesondere von an den Leitungsdrähten gewachsenen Whiskerpartikel und/oder von den Leitungsdrähten gelösten Freipartikel. Besonders vorteilhaft sind die Leitungsdrähte innerhalb der Führungsöffnungen nur mit wenig Spiel geführt. Bevorzugt ist das Spiel kleiner als ein Größenmaß von zu erwartenden Whiskerpartikel und/oder losgelösten Freipartikel, bevorzugt kleiner als das Grö-ßenmaß von bis zu 30% der größten Partikel, beispielsweise bis zu 50%, bevorzugt bis zu 80%. Vorteilhaft versperren auch größere Partikel innerhalb des Auffangreservoirs den Austritt kleinerer Partikel über den vorliegenden Spalt zwischen einem Leitungsdraht und der jeweiligen Führungsöffnung.
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Es zeigt sich ferner vorteilhaft, wenn innerhalb der Kontaktanordnung das zumindest eine Federelement der Positionier- und/oder Ausrichtplatte die Positionier- und/oder Ausrichtplatte in der Transportraststellung mittels Federkraft gegen den Schaltungsträger verspannt.
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Vorteilhaft ist ein Verfahren zum Ausrichten und/oder Positionieren von Leitungsdrähten eines Steckverbinders, insbesondere in zumindest einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen, mit den nachfolgenden Verfahrensschritten:
- • Bereitstellen des Steckverbinders und der vom Steckverbinder losgelösten Positionier- und/oder Ausrichtplatte,
- • Auffädeln der Positionier- und/oder Ausrichtplatte von der Seite des Kontaktanschlussschemas derart, dass Leitungsdrähte des Steckverbinders in Führungsöffnungen der Positionier- und/oder Ausrichtplatte eindringen,
- • Verschieben der Positionier- und/oder Ausrichtplatte entlang der Längserstreckung der Leitungsdrähte bis in eine Transportraststellung, in welcher zumindest ein jeweiliger Teilabschnitt der zum elektrischen Kontaktieren ausgebildeten Verbindungsbereiche der Leitungsdrähte innerhalb der Führungsöffnungen angeordnet ist.
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Auf diese Weise ist vorteilhaft eine Vormontagegruppe ausgebildet, welche zeitlich und/oder örtlich versetzt mit einem Schaltungsträger unter Ausbildung eine Kontaktanordnung in einer der zuvor beschriebenen Ausführungen elektrisch verbunden werden kann. Eine solche Kontaktanordnung lässt sich mit nachfolgenden Verfahrensschritten erreichen:
- • Ausbilden einer relativen Montageanordnung der Leitungsdrähte zu einem Einpresswerkzeug, indem zwischen dem zumindest einen Zentrierelement der Positionier- und/oder Ausrichtplatte und einem korrespondierenden Zentrieraufnahmeelement des Einpresswerkzeuges zumindest ein Formschluss ausgebildet wird,
- • Ausbilden einer relativen Montageanordnung der Leitungsdrähte zu einem zu kontaktierenden Schaltungsträger, indem zwischen dem zumindest einen Zentrierelement der Positionier- und/oder Ausrichtplatte und einem korrespondierenden Zentrieraufnahmeelement des Schaltungsträgers zumindest ein Formschluss ausgebildet wird,
- • Ausbilden eines Einpresskontaktes zwischen jeweils eines Verbindungsbereichs der Leitungsdrähte in Form eines Einpresspins mit korrespondierenden Öffnungen in dem Schaltungsträgers mittels des Einpresswerkzeuges, wobei beim Einpressen die Positionier- und/oder Ausrichtplatte durch Anlagenkontakt mit dem Schaltungsträger in eine Endmontageraststellung verschoben wird.
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Zum Einpressen weist der jeweilige Einpresspin eine ausgeformte Stützschulter auf, auf welche ein Druckbereich des Einpresswerkzeuges kraftbeaufschlagend aufsitzt.
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Figurenliste
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung. Diese zeigt in:
- 1a: einen Teilausschnitt eines Steckverbinders zum Anschluss an einen Schaltungsträger in einer perspektivischen Darstellung,
- 1b: eine Positionier- und/oder Ausrichtplatte in einer perspektivischen Darstellung vor dem Auffädeln auf Leitungsdrähten des Steckverbinders aus Fig. la,
- 2a: die Positionier- und/oder Ausrichtplatte aus 1b in einer Transportraststellung innerhalb des Steckverbinders aus 1a,
- 2b: ein Montagewerkzeug im Eingriff mit der Positionier- und/oder Ausrichtplatte vor einer elektrischen Kontaktierung mit einem Schaltungsträger,
- 3a: Kontaktanordnung eines Steckverbinders mit einem Schaltungsträger in einer perspektivischen Darstellung eines Teilausschnittes,
- 3b: Kontaktanordnung aus 3a mit Darstellung der Positionier- und/oder Ausrichtplatte aus 1b in einer Endmontageraststellung innerhalb des Steckverbinders aus 1a,
- 4: Kontaktanordnung wie in 3b aus einer anderen perspektivischen Sicht,
- 5a: einen schematischen Ausschnitt der Auflagefläche im Bereich einer Führungsöffnung,
- 5b: einen schematischen Ausschnitt einer alternativ ausgeführten Auflagefläche im Bereich einer Führungsöffnung.
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Ausführungsformen der Erfindung
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In den Figuren sind funktional gleiche Bauteile jeweils mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
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In 1a ist ein Teilausschnitt eines Steckverbinders 10 zum Anschluss an einen Schaltungsträger in einer perspektivischen Darstellung gezeigt. Derartige Steckverbinder 10 haben üblicherweise einen isolierenden Steckerkörper 20, beispielsweise aus einem Kunststoffmaterial. Der Steckerkörper 20 ist von einer Vielzahl von Leitungsdrähten 11 durchdrungen, welche beidseitig zum Steckerkörper 20 frei abstehen. Die Leitungsdrähte 11 sind in Form einer Musteranordnung zueinander beabstandet. Auf der Anschlussseite des Steckerkörpers 20 zum elektrischen Kontaktieren des Steckverbinders 10 mit einem entsprechenden Gegenstecker, bilden die jeweils einen Enden der Leitungsdrähte 11 zusammen ein Steckerkontaktschema 15 für den Gegenstecker aus (in der perspektivischen Darstellung verdeckt). Die Leitungsdrähte 11 auf der Seite des Steckerkontaktschemas 15 sind beispielsweise durch einen Steckerkragen 21 umrandet. Mittels des Steckerkragens 21 kann der Gegenstecker beispielsweise aufgenommen und in seiner Steckposition gehalten werden. Auf der Anschlussseite des Steckerkörpers 20 zum elektrischen Kontaktieren des Steckverbinders 10 mit einem entsprechenden Schaltungsträger, bilden die jeweils anderen Enden der Leitungsdrähte 11 zusammen ein Anschlusskontaktschema 16 für korrespondierende Kontaktstellen des Schaltungsträgers aus. Die Leitungsdrähte 11 auf der Seite des Anschlusskontaktschema 16 sind in diesem Ausführungsbeispiel um 90° gedreht ausgerichtet gegenüber einer Orientierung der Leitungsdrähten 11 auf der Seite des Steckerkontaktschemas 15 und zeigen in der Zeichnungsebene perspektivisch nach oben. Es sind jedoch auch davon abweichende Orientierungen der jeweiligen Seite des Anschlusskontaktschemas 16 und der Seite des Steckerkontaktschemas 15 zueinander möglich. Die Leitungsdrähte 11 auf der Seite des Anschlusskontaktschemas 16 weisen an ihren jeweiligen Enden Teilabschnitt der zum elektrischen Kontaktieren ausgebildeten Verbindungsbereiche auf. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind diese Verbindungsbereiche in Form von Einpresspins 12 gezeigt. Alternativ können Verbindungsbereiche zur Ausbildung eines Lötkontaktes vorgesehen sein. Die Einpresspins 12 ragen aus einer im Steckerkörper 20 ausgeformten, einseitig teilgeöffneten Aussparung 25 heraus. Die Aussparung 25 grenzt an eine ebene Auflagefläche 26 des Steckerkörpers 20. Ein Teil der Aussparung 25 ist gebildet durch jeweils seitlich am Steckerkörper 20 abstehende Auskragungen 27. An einer Innenwandung der Aussparung 25, beispielsweise gebildet durch die Auskragung 27, sind mehrere Rastaussparungen 28 eingebracht. Die Rastaussparungen 28 sind derart ausgebildet, verschiedene Raststellungen für eine Positionier- und/oder Ausrichtplatte 30 (siehe 1b) zu ermöglichen. Bevorzugt sind die Rastaussparungen 28 ausgehend von der Auflagefläche 26 hintereinander und parallel zueinander angeordnet, so dass einer ersten möglichen Raststellung eine weitere mögliche folgt. Weiter bevorzugt ist eine Orientierung der Rastaussparung 28 im Steckerkörper 20 derart, dass eine Rastwirkung in einer Raststellung in Richtung der Orientierung der Leitungsdrähte 11 auf der Seite des Anschlusskontaktschemas 16, insbesondere der Einpresspins 12, einsetzt. Vorteilhafterweise stehen sich Gruppen von mehreren Rastaussparungen 28 auf verschiedenen Seiten der Aussparung 25 gegenüber. Grundsätzlich können Rastaussparungen 28 alternativ auch an anderen Stellen des Steckerkörpers 20 vorgesehen sein. Zusätzlich weist der Steckerkörper 20 zumindest ein Führungselement 29 auf, beispielsweise in Form einer innerhalb der Aussparung 25 ausgeformten Führungsschiene, derart, dass eine geführte Verschiebung der in 1b gezeigten Positionier- und/oder Ausrichtplatte 30, beispielsweise durch eine Feder-Nutführung, ermöglicht ist. Die zu erwirkende Führung ist insbesondere in Richtung der Orientierung der Leitungsdrähte 11 auf der Seite des Anschlusskontaktschemas 16, beispielsweise den Einpresspins 12, ausgerichtet. Vorteilhafterweise stehen sich zumindest zwei Führungselemente 29 auf verschiedenen Seiten der Aussparung 25 gegenüber. Grundsätzlich können Führungselemente 29 alternativ auch an anderen Stellen des Steckerkörpers 20 vorgesehen sein.
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In 1b ist eine Positionier- und/oder Ausrichtplatte 30 in einer perspektivischen Darstellung vor dem Auffädeln auf Leitungsdrähten 11 des Steckverbinders 10 gezeigt. Die Positionier- und/oder Ausrichtplatte 30 weist in diesem Ausführungsbeispiel einen Grundkörper 35 aus einem festen Material auf, auf welchem eine Schicht 34 aus einem weicheren, nachgiebigen insbesondere elastischen Materials mit einer Schichtdicke d aufgebracht ist, insbesondere stofflich verbunden. Die Positionier- und/oder Ausrichtplatte 30 weist dabei zumindest zwei entgegen gerichtete, insbesondere ebene Hauptflächen auf. Eine dieser Hauptflächen ist in der Zeichnungsebene perspektivisch nach oben gerichtet und ist ausgebildet, bei einer Verbindung des Steckverbinders mit einem Schaltungsträger in Anlagekontakt zu einer Gegenfläche des Schaltungsträgers zu stehen. Bei einer Kaftbeaufschlagung auf die Auflagefläche 36 kann diese nachgeben und je nach örtliche Beanspruchung daher örtlich in der Schichtstärke variieren. Die andere der Auflagefläche 36 gegenüberliegende Hauptfläche ist in der 1b verdeckt. Die Positionier- und/oder Ausrichtplatte 30 weist eine Vielzahl von gleichgerichteten Führungsöffnungen 31 auf, die aus beiden Hauptflächen vollständig heraustreten. Die Führungsöffnungen 31 sind in einer Anordnung, die einer Soll-Musteranordnung der Leitungsdrähte 11 auf Seiten des Anschlusskontaktschemas 16 entspricht. Jeweils seitlich gegenüberliegend sind verschiedene Elemente am Hauptkörper 35 angeformt. Zum einen ist ein verfederter Rasthaken 38 als Rastelement angeformt, welcher in Zusammenwirken mit einer der Rastaussparung 28 im Steckerkörper 20 die Ausbildung einer Rastverbindung ermöglicht. Ferner ist seitlich eine Führungsnut 39 ausgeformt, welche in Zusammenwirken mit einer der Führungsschiene 29 eine geführte Verschiebung der Positionier- und/oder Ausrichtplatte 30 innerhalb der Aussparung 25 im Steckerkörper 20 ermöglicht. Zusätzlich weist die Positionier- und/oder Ausrichtplatte 30 seitlich jeweils ein Zentrierelement 40 auf, welches ausgebildet ist beim Anschluss des Steckverbinders 10 an einen Schaltungsträger, den Schaltungsträger und oder ein Montagewerkzeug mittels eines Formschlusses relativ zur Positionier- und Ausrichtplatte 30 zu positionieren. Im gezeigten Ausführungsbeispiel weist das Zentrierelement 40 einen Zentrierdorn 41 auf, welcher insbesondere senkrecht zur Auflagefläche 36 vom Hauptkörper 35 absteht. Dem Zentrierdorn 41 entgegengerichtet ist ein Domansatz fortgeführt, in welchem von der dem Zentrierdorn 41 abgewandten Seite eine Zentrieröffnung 42 eingebracht ist. Die Zentrieröffnung 42 ist ausgebildet, beim Eingriff eines Montagewerkzeuges die Positionier- und/oder Ausrichtplatte 30 relativ zu diesem zu positionieren. Es bestehen grundsätzlich auch alternative Möglichkeiten zur Ausführung eines jeweiligen Zentrierelementes 40, eines Rastelementes 38 und eines Führungselementes 39. Zusätzlich weist die Positionier- und/oder Ausrichtplatte 30 auf der in der Blattebene sichtbaren Auflagefläche 36 ein Federelement 32 auf, welches ausgebildet ist, im Anlagenkontakt mit einem Schaltungsträger eine Federkraftwirkung aufrecht zu erhalten.
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In 2a ist die Positionier- und/oder Ausrichtplatte 30 auf Seiten des Anschlusskontaktschemas 16 auf die Leitungsdrähte 11 aufgefädelt. Hierfür ist die Positionier- und/oder Ausrichtplatte 30 über der Aussparung 25 derart angesetzt, dass die jeweiligen komplementären Führungselemente 29, 39 am Steckerkörper 20 und an der Positionier- und/oder Ausrichtplatte 30 in Wirkzusammenhang gebracht werden unter Ausbildung beispielsweise einer Feder-Nut-Führung. Der Rasthaken 38 wird hierbei federnd nach innen in die Aussparung 25 gedrückt und bleibt vorerst wirkungslos. Durch das Verschieben der Positionier- und/oder Ausrichtplatte 30 dringen die Leitungsdrähte 11 in die Führungsöffnungen 31 und werden durch diese mit Spiel 13 in ihrer Anordnung zueinander gehalten. Zum vereinfachten Auffädeln sind die Führungsöffnungen 31 auf der dem Anschlusskontaktschema 16 abgewandten Seite jeweils stetig aufgeweitet, beispielsweise durch eine Anfasung. Durch die Aufweitung ist eine Art Fangtrichter 33 ausgebildet (siehe auch 5a, 5b). Durch weiteres Verschieben entlang der Längserstreckung der Leitungsdrähte 11 werden die komplementären Rastelemente 28, 38 in Wirkzusammenhang gebracht - unter Ausbildung einer ersten Rastverbindung 50. Hierbei hintergreift der jeweilige Rasthaken 38 an der Positionier- und/oder Ausrichtplatte 30 die jeweilige Rastaussparung 28 am Steckerkörper 30. Die erste mögliche Rastverbindung ist bevorzugt in einer Transportraststellung 51. Hierbei steht die der Seite des Anschlusskontaktschemas 16 zugewandte Auflagefläche 36 der Positionier- und/oder Ausrichtplatte 30 insbesondere über die Auflagefläche 26 des Steckerkörpers 20 hervor. Weiter bevorzugt ist in der Transportraststellung 51 zumindest ein jeweiliger Teilabschnitt der zum elektrischen Kontaktieren ausgebildeten Verbindungsbereiche der Leitungsdrähte innerhalb der Führungsöffnungen 31 angeordnet, insbesondere der ganze oder überwiegende Teil eines Einpresspins 12. In der Transportraststellung 51 liegt der Steckverbinder 10 zusammen mit der Positionier- und/oder Ausrichtplatte 30 als eine Vormontagegruppe 100 vor, welche zeitlich und örtlich versetzt zum Anschluss eines Schaltungsträgers an den Steckverbinder 10 im Fertigungsprozess eingesetzt werden kann.
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In der 5a ist schematisch ein geschnittener Bereich um eine Führungsöffnung 31 gezeigt. Gezeigt ist der Grundkörper 35 der Positionier- und/oder Ausrichtplatte 30, auf welcher noch eine weiche, nachgiebige Schicht 34 aufgebracht ist. Die Schicht 34 ist in Ihrem Ausgangszustand eben ausgeführt und weist als eine der Hauptflächen der Positionier- und/oder Ausrichtplatte 30 die nachgiebige Auflagefläche 36 auf. Bei einer Krafteinwirkung F kann diese über eine Verformung e nachgeben. Gezeigt ist ferner ein in die Führungsöffnung 31 eingeführter Einpresspin 12. Zu dessen besseren Einfädelung weist die Positionier- und/oder Ausrichtplatte auf der der Auflagefläche 36 gegenüberliegenden Hauptfläche konusförmige Vertiefungen auf in der Funktion von Fangtrichter 33. In der Auflagefläche 36 sind im Bereich einer jeweiligen Führungsöffnung 31 ein Senkabsatz 37 eingebracht, welcher zumindest in die weiche, nachgiebige Schicht 31 hineinragt. Dadurch ist die Führungsöffnung 31 auf der Seite der Auflagefläche von einer zur jeweiligen Führungsöffnung 31 beabstandeten und abstehenden Wandung 37a umschlossen. Bei einer Verbindung des Steckverbinders 10 mit einem Schaltungsträger 70 vermag die Wandung 37a in Anlagenkontakt mit einer Gegenfläche des Schaltungsträgers 70 einen Hohlraum derart freizuhalten, dass jeweils ein Auffangreservoir H ausgebildet ist zur Aufnahme von an den Leitungsdrähten 11 gewachsenen Whiskerpartikel und/oder von den Leitungsdrähten 11 gelösten Freipartikel. 5b zeigt schematisch in ähnlicher Weise eine alternative Ausführung der nachgiebigen Auflagefläche 36. Diese ist hierbei gebildet aus einer Vielzahl von zu einem Grundkörper 35 der Positionier- und/oder Ausrichtplatte 30 abstehenden nachgiebigen, insbesondere elastischen Formrippen 37b, durch welche auch die die Führungsöffnung 31 umschließende Wandung 37a ausgeformt ist. Eine Verformung e kann hier bei einer Kraftbeaufschlagung F dann beispielsweise durch ein seitliches Nachgeben erfolgen. In vergleichbarer Weise wie zur Ausführung gemäß 5a wird durch die gebildete Wandung 37a ein Auffangreservoir H freigehalten.
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Zum Anschluss des Schaltungsträgers an den Steckverbinder 10, wird ein Montagewerkzeug 60, insbesondere ein Einpresswerkzeug, über die seitlich angeordneten Zentrierelemente 40 mit der Positionier- und/oder Ausrichtplatte 30, bevorzugt mittels eines Formschlusses, in Eingriff gebracht ein - wie in 2b dargestellt. Des Weiteren wird über die seitlich angeordneten Zentrierelemente 40 ein Schaltungsträger 70 relativ zu dem Montagewerkzeug 60 bzw. zu den Leitungsdrähten 11 auf der Seite des Anschlusskontaktschemas 16 positioniert und ausgerichtet - wie in 3a gezeigt. So greift hierfür beispielsweise ein jeweiliger Zentrierdorn 11 der Zentrierelemente 40 in Formöffnungen des Schaltungsträgers 70 unter Ausbildung eines Formschlusses. Grundsätzlich ist dadurch erwirkt, dass sich die Enden der Leiterdrähte 11 auf Seiten des Anschlusskontaktschemas 16 komplementären Verbindungsöffnungen in dem Schaltungsträger 70 gegenüberstehen und durch ein relatives Verschieben des Schaltungsträgers 70 in diese eindringen. Das Verschieben des Schaltungsträgers 70 relativ zum Montagewerkzeug 60 bzw. zu den Leitungsdrähten 11 erfolgt insbesondere kraftbeaufschlagt (siehe Kraftwirkung F). Im Falle von Einpresspins 12 setzt ein Bereich des Einpresswerkzeuges 60 auf einer Stützschulter eines jeweiligen Einpresspins 12 auf, wodurch ein Einpressvorgang erwirkt wird unter Ausbildung eines jeweiligen Einpresskontaktes. Alternativ kann auch ein Lötkontakt vorgesehen werden. Bevorzugt liegt der Schaltungsträger 70 mit einer Gegenfläche auf der Auflagefläche 26 des Steckerkörpers 20 auf. Zusätzlich liegt die Gegenfläche des Schaltungsträgers 70 auch auf der Auflagefläche 36 der Positionier- und/oder Ausrichtplatte 30 auf, wobei aufgrund deren, insbesondere elastischen Nachgiebigkeit ein insbesondere im Bereich einer jeweiligen Führungsöffnung 31 spaltfreier Anlagenkontakt der Gegenfläche ermöglicht ist. Insgesamt ist nun die Positionier- und/oder Ausrichtplatte 30 durch den Schaltungsträger 70 in eine Endmontageraststellung 52 unter Ausbildung einer weiteren Rastverbindung 50 verschoben worden. Hierbei hintergreift der jeweilige Rasthaken 38 an der Positionier- und/oder Ausrichtplatte 30 die jeweilige nachgeordnete Rastaussparung 28 am Steckerkörper 20. In der Endmontageraststellung 52 schließt die der Seite des Anschlusskontaktschemas 16 zugewandte Auflagefläche 36 der Positionier- und/oder Ausrichtplatte 30 bevorzugt auf Höhe der Auflagefläche 26 des Steckerkörpers 20 ab. Zusätzlich wirkt die gebildete Rastverbindung 50 als Gegenlager zur Aufrechthaltung der für den spaltfreien Anlagenkontakt mit der Gegenfläche des Schaltungsträgers erforderlichen Anlagekraft. Infolge des spaltfreien Anlagekontaktes ist das von Seiten der Auflagefläche 36 freigehaltene Auffangreservoir H durch die Gegenfläche des Schaltungsträgers 70 verschlossen. Des Weiteren steht das Federelement 32 der Positionier- und/oder Ausrichtplatte in Anlagenkontakt mit dem Schaltungsträger 70, so dass die Positionier- und/oder Ausrichtplatte 30 in der Endmontagestellung mittels Federkraft gegen den Schaltungsträger verspannt wird.
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Insgesamt liegt eine Kontaktanordnung 200 des Schaltungsträgers 70 mit dem Steckverbinder 10 vor, wobei die Leitungsdrähte 11 auf der Seite des Kontaktanschlussschemas 16 mit dem Schaltungsträger 70 elektrisch verbunden sind, insbesondere durch einen Lotkontakt oder durch einen Einpresskontakt. Die 4 zeigt die Kontaktanordnung aus einer anderen Perspektive, bei welcher der Schaltungsträger in der Zeichnungsebene nach unten orientiert ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102014219126 A1 [0003]
