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Die
Erfindung betrifft Koaxialverbinder zum Verbinden von zwei oder
mehr Leiterplatten. Die Erfindung betrifft insbesondere einen Koaxialverbinder zum
Verbinden von zwei Leiterplatten, wobei eine erste Leiterplatte
mit einer zweiten Leiterplatte mit einer Mehrzahl von Kontaktstellen
mit nur einem einzigen Verbinder auf der ersten Leiterplatte verbunden werden
kann.
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Beim
Montieren von elektrischen Systemen ist es häufig notwendig, zwei oder mehr
Leiterplatten zu verbinden, um Hochfrequenzsignale von einer Leiterplatte
zur anderen zu übertragen.
Koaxialverbinder werden herkömmlicherweise
zum Herstellen einer zuverlässigen
Signalverbindung zwischen den verwandten Leiterplatten, insbesondere
beim Übertragen
von Hochfrequenzsignalen, verwendet. Die Koaxialverbinder können bei
Bedarf zusammengesteckt oder getrennt werden und eine Abschirmung bilden,
die es zulässt,
dass Hochfrequenzsignale mit geringen Signalverlusten und störungsarm übertragen
werden.
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Ein
Verfahren zum Verbinden von zwei Leiterplatten ist im US-Patent
Nr. 5466160 offenbart. Dort wird eine Oberflächenmontagefassung eines Koaxialverbinders
offenbart, die auf einem Substrat wie z.B. einer Leiterplatte montiert
werden kann. Die Fassung beinhaltet ein inneres Verbindungsmittel und
ein äußeres Verbindungsmittel,
die mit einem dielektrischen Gehäuse
befestigt werden. Das innere und äußere Verbindungsmittel sind
permanent auf dem Substrat montiert, z.B. durch eine Lötverbindung.
Das innere und äußere Verbindungsmittel
sind so auf dem dielektrischen Gehäuse montiert, dass die Fassung
mit einem herkömmlichen
Koaxialverbinderstecker verbunden werden kann. Der Verbinderstecker
hat einen Verbindungsdraht, der im inneren Verbindungsmittel der
Fassung aufgenommen wird. Der Verbinderstecker hat auch Schlitze,
die in einer Mehrzahl von auslegerförmigen Federarmen für einen
elastischen Kontakt mit dem äußeren Verbindungsmittel
der Fassung ausgebildet sind.
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Ein
weiteres Verfahren zum Verbinden von zwei Leiterplatten ist im US-Patent
Nr. 5718592 offenbart. Es wird ein oberflächenmontierbarer elektrischer
Verbinder offenbart, der ein Isoliergehäuse mit einem koaxialen Unterbaugruppenaufnahmehohlraum
aufweist, der darin zu einem Hohlraumboden in der Nähe einer
Montagefläche
verläuft.
Die koaxiale Unterbaugruppe hat einen mittleren und einen äußeren Leiter,
die über
erste und zweite Kontakte elektrisch mit einer Leiterplatte verbunden
werden können.
Der erste Kontakt umfasst ein elastisches inneres Ende, das sich
in der Nähe
des Hohlraumbodens befindet. In das elastische innere Ende greifen
Abschnitte des mittleren und äußeren Leiters
an einem Einführungsende
der koaxialen Unterbaugruppe nach dem vollen Einführen in
den Hohlraum ein. Der erste und zweite Kontakt haben äußere Kontaktabschnitte,
die so gestaltet sind, dass sie auf der Leiterplatte oberflächenmontiert
werden können.
Der oberflächenmontierbare
elektrische Verbinder kann vom Stecker- oder vom Buchsentyp sein und kann mit
einem entsprechenden elektrischen Koaxialverbinder zusammengesteckt
werden.
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Die
WO 98/43323 offenbart ein weiteres Verfahren zum Verbinden von zwei
Leiterplatten. Dort ist eine koaxiale Verbindungsbaugruppe offenbart,
die einen ersten Verbinder und einen zweiten Verbinder umfasst.
Der erste Verbinder hat einen elastisch beweglichen inneren Kontakt,
der sich axial bewegt und direkt an eine Leiterbahn auf einer kontaktierenden Platine
anliegt. Der zweite Verbinder hat einen einstückigen leitenden Teil, der
für eine
Einsteckverbindung mit dem äußeren Leiter
eines ersten Verbinders auf der Platine oberflächenmontiert werden kann. Der
zweite Verbinder hat Schlitze in einem äußeren Verbindungsmittel, um
eine Mehrzahl von auslegerförmigen
Federarmen für
einen elastischen Kontakt zu bilden.
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Die
vorherigen Verfahren haben den Nachteil, dass sie zwei Koaxialverbinder
benötigen,
um die beiden Leiterplatten elektrisch miteinander zu verbinden.
Wenigstens einer der Verbinder ist mit Schlitzen im äußeren Leiter
versehen, die eine Mehrzahl von auslegerförmigen Federarmen für einen
elastischen Kontakt mit dem äußeren Leiter
des entsprechenden Verbinders bilden. Die Auslegerarme sind natürlich freiliegend
und können
leicht brechen oder sich verbiegen, und wenn die äußeren Leiter
schlecht ausgerichtet sind, dann können die Auslegerarme das Ineinanderstecken
mit dem entsprechenden Verbinder stören. Ferner kann der Abstand
zwischen den Leiterplatten auf einen kleinen Bereich beschränkt werden,
weil die Verbinder keine Distanzvariationen tolerieren können.
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Die
US 431412 , die als der nächstliegende Stand
der Technik angesehen wird, offenbart einen elektrischen Kontakt,
der eine Kapsel umfasst, in die ein Isolierzylinder gesetzt wird,
so dass der Isolierzylinder eine Feder mit einer Kappe auf seiner
Oberseite aufnimmt. In der Kapsel und um den Isolierzylinder wird
ein Messingring gesetzt, der auf einer Feder ruht. Strom wird zum
Boden der beiden Federn geführt,
die den Strom jeweils nacheinander zum Messingring und zur Kappe
leitet. Die Kapsel und ihr Inneres sind zur Aufnahme in einem Raumfußboden oder
dergleichen ausgelegt. Ein entsprechender Kontakt, z.B. an einer
Unterseite eines Tischbeins, kann auf den elektrischen Verbinder
gesetzt werden, um eine elektrische Verbindung zwischen einer Glocke
und einem Glockenboden in der Nähe
einer Oberseite des Tisches herzustellen.
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Die
US 4477774 offenbart einen
Koaxialverbinder, wobei der gesamte Koaxialverbinder auf einer Leiterplatte
montiert werden kann und wobei ein äußerer und ein innerer Leiter
(Hülse
und Finger) elastisch zwischen einer ersten und einer zweiten Position
beweglich sind. Die Hülse
und der Finger werden auf einer gabelähnlichen Anordnung montiert,
die an der Leiterplatte vorgesehen ist.
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Es
ist daher wünschenswert,
einen Koaxialverbinder zum Verbinden von zwei Leiterplatten bereitzustellen,
wobei eine erste Leiterplatte mit einer zweiten Leiterplatte mit
nur einem einzigen Verbinder verbunden werden kann, der auf der
ersten Leiterplatte vorgesehen ist. Es ist ferner wünschenswert, einen
Koaxialverbinder bereitzustellen, bei dem keine äußeren Leiter mit auslegerförmigen elastischen Armen
notwendig sind, um eine Haltekraft für einen elektrischen Kontakt
zwischen entsprechenden Leitern bereitzustellen, und Distanztoleranzen
zwischen der ersten und der zweiten Leiterplatte aufgenommen werden
können.
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Diese
Aufgaben werden mit einem Koaxialverbinder nach Anspruch 1 gelöst.
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Die
Erfindung betrifft einen Koaxialverbinder zum Verbinden einer ersten
Leiterplatte und einer zweiten Leiterplatte. Der Koaxialverbinder
hat ein dielektrisches Gehäuse,
einen inneren Leiter und einen äußeren Leiter.
Das dielektrische Gehäuse
beherbergt den inneren Leiter. Der äußere Leiter ist im Wesentlichen
neben dem dielektrischen Gehäuse positioniert
und hat einen ersten äußeren Leiterabschnitt,
der elektrisch mit einem zweiten äußeren Leiterabschnitt gekoppelt
und in Eingriff ist, der in Bezug auf den ersten äußeren Leiterabschnitt
zwischen einer ersten zusammengesteckten Position und einer ersten
nicht zusammengesteckten Position beweglich ist. Die äußeren Leiterabschnitte
sind im Wesentlichen als Hülsen
ausgebildet.
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Ausgestaltungen
der Erfindung werden beispielhaft mit Bezug auf die nachfolgenden
Figuren beschrieben. Dabei zeigt:
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1 eine
Querschnittsansicht eines Koaxialverbinders in einem zusammengesteckten
Zustand mit Kontakt zwischen zwei Leiterplatten gemäß einer ersten
Ausgestaltung;
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2 eine
Querschnittsansicht von 1 des Koaxialverbinders in einem
nicht zusammengesteckten Zustand;
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3 eine
Draufsicht auf den Koaxialverbinder von 2;
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4 eine
Bodenansicht des Koaxialverbinders von 2;
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5 eine
Querschnittsansicht einer zweiten Ausgestaltung des Koaxialverbinders;
und
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6 ein
Layout einer Leiterplatte, die mit dem Koaxialverbinder gemäß der ersten
und der zweiten Ausgestaltung der Erfindung in Kontakt gebracht
werden soll.
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Die 1 bis 5 zeigen
jeweils eine erste und eine zweite Ausgestaltung eines Koaxialverbinders 1, 30.
Wie in den 1 und 5 gezeigt,
sind die erste Ausgestaltung des Koaxialverbinders 1 und die
zweite Ausgestaltung des Koaxialverbinders 30 auf einer
ersten Leiterplatte 4 montiert und haben Kontakt mit einer
zweiten Leiterplatte 15. Die zweite Leiterplatte hat erste
und zweite Kontaktstellen 60, 61, wie in 6 gezeigt
ist. Die erste Kontaktstelle 60 ist im Wesentlichen zylinderförmig, die
zweite Kontaktstelle 61 ist im Wesentlichen kreisförmig und
wird von der ersten Kontaktstelle 60 umgeben. Die erste und
die zweite Kontaktstelle 60, 61 sind so angeordnet,
dass ein zuverlässiger
und ausreichender abgeschirmter Kontakt für die erste und die zweite
Ausgestaltung der Koaxialverbinder 1, 30 entsteht.
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Die 1 bis 4 zeigen
die erste Ausgestaltung des Koaxialverbinders 1. Der Koaxialverbinder 1 hat
ein dielektrisches Gehäuse 6,
einen äußeren Leiter 8, 9 und
einen inneren Leiter 2, 3. Das dielektrische Gehäuse 6 hat
einen zylindrischen Abschnitt 7 und besteht vorzugsweise
aus einem nichtleitenden Material wie Plastik. Der äußere Leiter
hat einen ersten äußeren Leiterabschnitt 8 und
einen zweiten äußeren Leiterabschnitt 9.
Der erste äußere Leiterabschnitt 8 ist
im Wesentlichen hülsenförmig und
befindet sich neben dem zylindrischen Abschnitt 7 des dielektrischen
Gehäuses 6.
Der zweite äußere Leiterabschnitt 9 ist
im Wesentlichen hülsenförmig und
befindet sich neben dem ersten äußeren Leiterabschnitt 8.
Der zweite äußere Leiterabschnitt 9 greift in
den ersten äußeren Leiterabschnitt 8 ein
und verläuft
in einer Richtung im Wesentlichen lotrecht zu einer Oberfläche der
ersten Leiterplatte 4. Um zu verhindern, dass der zweite äußere Leiterabschnitt 9 aus
dem Eingriff mit dem ersten äußeren Leiterabschnitt 8 gerät, hat der
erste äußere Leiterabschnitt 8 eine
erste äußere Anschlagschulter 10 und
der zweite äußere Leiterabschnitt 8 hat
eine zweite äußere Anschlagschulter 11.
Der zweite äußere Leiterabschnitt 9 hat
eine äußere Kontaktfläche 24,
die mit der zweiten Leiterplatte 15 Kontakt erhält. Der
erste und der zweite äußere Leiterabschnitt 8, 9 können aus
einem einzelnen Bogen ausgestanzt und geformt werden.
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Gemäß den 1 bis 3 ist
der erste äußere Leiterabschnitt 8 von
einer zylinderförmigen äußeren Feder 12 umgeben.
Zum Positionieren der äußeren Feder 12 umfasst
der erste äußere Leiterabschnitt 8 ein
erstes Federauflagemittel 13 und der zweite äußere Leiterabschnitt 9 umfasst
ein zweites Federauflagemittel 14. Die äußere Feder 12 ist
so angeordnet, dass sie zwischen dem ersten äußeren Leiterabschnitt 8 und
dem zweiten äußeren Leiterabschnitt 9 Elastizität ermöglicht.
Die äußere Feder 12 ist
nicht bedeckt und kann daher leicht ersetzt werden, wenn andere
Kontaktkräfte
nötig sind
oder wenn die äußere Feder 12 beschädigt wird.
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2 zeigt
den Koaxialverbinder 1 in einem nicht zusammengesteckten
Zustand. Da keine Zusammensteckkräfte ausgeübt werden, drückt die äußere Feder 12 den
zweiten äußeren Verbinderabschnitt 9 in
eine Endposition, die durch die erste äußere Anschlagschulter 10 des
ersten äußeren Verbinderabschnitts 8 und
die zweite äußere Anschlagschulter 11 des
zweiten äußeren Verbinderabschnitts 9 festgelegt
wird. In dieser Position ist die äußere Feder 12 unter
genügend
Spannung, damit eine ausreichende Kraft erzeugt wird, um eine elektrische
Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten äußeren Leiterabschnitt 8, 9 und
einen zuverlässigen Kontakt
der Kontaktstellen der zweiten Leiterplatte 15 aufrechtzuerhalten.
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Wie
in den 1 und 2 gezeigt, hat der Koaxialverbinder 1 einen
inneren Leiter mit einem ersten inneren Leiterabschnitt 2 und
einem zweiten inneren Leiterabschnitt 3. Der erste innere
Leiterabschnitt 2 umfasst einen elastischen Auslegerarmabschnitt 5,
der eine elastische Kraft im Wesentlichen lotrecht zu einer Oberfläche der
ersten Leiterplatte 4 bereitstellt. Der zweite innere Leiterabschnitt 3 ist
im Wesentlichen zylinderförmig
und verschiebbar in einem Hohlraum 16 des dielektrischen
Gehäuses 6 montiert.
Der zweite innere Leiterabschnitt 3 hat eine innere Kontaktfläche 17,
die die zweite Kontaktstelle 61 der zweiten Leiterplatte 15 kontaktiert und über eine
Endfläche 18 des
dielektrischen Gehäuses 6 hinaus
vorsteht. Der zweite innere Leiterabschnitt 3 verläuft in einer
axialen Richtung, die in den 1 bis 4 durch
eine gestrichelte Linie angedeutet ist.
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Ein
Ende des zweiten inneren Leiterabschnitts 3 hat eine vergrößerten Teil 19,
der eine Halteschulter 20 zur Anlage an einer Schulter 21 des
dielektrischen Gehäuses 6 bildet.
Die Halteschulter 20 und die Schulter 21 begrenzen
die Auswärtsausdehnung
der inneren Kontaktfläche 17 über die
Endfläche 18 des
dielektrischen Gehäuses 6 hinaus.
Eine Anlagefläche 22 des
zweiten inneren Leiterabschnitts 3 liegt am elastischen
Auslegerarmabschnitt 5 des ersten inneren Leiterabschnitts 2 an.
Der elastische Auslegerarmabschnitt 5 drückt den
zweiten inneren Leiterabschnitt 3 in Richtung auf die Kontaktstelle
der zweiten Leiterplatte 15. In dieser Ausgestaltung ist
der elastische Auslegerarmabschnitt 5 aus einem elastischen
Bogen ausgestanzt und gebildet. Ein Halteteil 23 ist vorgesehen,
um das dielektrische Gehäuse 6 zu
fixieren und den ersten inneren Leiterabschnitt 2 abzustützen, um
die elastische Kraft des elastischen Auslegerarmabschnitts 5 zu
definieren.
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Der
erste innere Leiterabschnitt 2 ist an der ersten Leiterplatte 4 montiert,
z.B. durch eine Oberflächenmontagelötverbindung.
Die Oberflächenmontagelötverbindung
erzeugt eine elektrische Verbindung des inneren Leiters 2, 3 mit
einer Leiterbahn der Leiterplatte 4.
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2 zeigt
den Koaxialverbinder 1 im nicht zusammengesteckten Zustand.
Im nicht zusammengesteckten Zustand befindet sich der zweite innere Leiterabschnitt 3 in
einem expandierten Zustand und steht am weitesten von dem dielektrischen
Gehäuse 6 vor.
Die Halteschulter 20 des zweiten inneren Leiterabschnitts 3 wird
von der Schulter 21 des dielektrischen Gehäuses 6 getragen.
Vorzugsweise expandieren der zweite innere Leiterabschnitt 3 und
der zweite äußere Leiterabschnitt 9 um
im Wesentlichen dieselbe Distanz vom dielektrischen Gehäuse 6 in axialer
Richtung im nicht zusammengesteckten Zustand.
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Die 1 und 2 zeigen
einen Schaltkontakt 25, der elektrisch mit der ersten Leiterplatte 4 verbunden
ist. Der Schaltkontakt 25 hat eine Kontaktfläche 26,
die mit dem elastischen Auslegerarmabschnitt 5 des ersten
inneren Leiterabschnitts 2 im nicht zusammengesteckten
Zustand in Kontakt kommt. Eine Kontaktfläche 27 des auslegerförmigen Armabschnitts 5 kontaktiert
die Kontaktfläche 26 des Schaltkontakts 25.
So ist der Schaltkontakt 25 geschlossen, während der
Koaxialverbinder 1 in einem nicht zusammengesteckten Zustand
ist (2), und offen, wenn der Koaxialverbinder 1 in
einem zusammengesteckten Zustand ist (1). Der Schaltkontakt 25 kann
als Anzeige dafür
verwendet werden, ob eine zweite Leiterplatte 15 mit dem
Koaxialverbinder 1 verbunden ist.
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5 zeigt
die zweite Ausgestaltung des Koaxialverbinders 30. Der
Koaxialverbinder 30 hat ein zweites Dielektrikum 42 und
einen äußeren Leiter 31, 32 sowie
einen inneren Leiter 46. Der äußere Leiter umfasst einen dritten äußeren Leiterabschnitt 31 und einen
vierten äußeren Leiterabschnitt 32.
Der dritte äußere Leiterabschnitt 31 und
der vierte äußere Leiterabschnitt 32 sind
im Wesentlichen zylinderförmig. Der
vierte äußere Leiterabschnitt 32 ist
verschiebbar innerhalb des dritten äußeren Leiterabschnitts 31 montiert.
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Der
dritte äußere Leiterabschnitt 31 hat
eine Federauflageschulter 34, um eine zweite äußere Feder 35 abzustützen. Der
vierte äußere Leiterabschnitt 32 hat
eine Federhalteschulter 36, um die zweite äußere Feder 35 abzustützen. Der
dritte äußere Leiterabschnitt 31 und
der vierte äußere Leiterabschnitt 32 haben
jeweils eine Anschlagschulter 38, 37. Die Anschlagschultern 37, 38 sind
im Wesentlichen parallel zueinander positioniert, so dass dann,
wenn sich der vierte äußere Leiterabschnitt 32 vollständig aus
dem Eingriff mit dem dritten äußeren Leiterabschnitt 31 bewegt,
die Anschlagschultern 37, 38 aneinander stoßen.
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Der
dritte äußere Leiterabschnitt 31 hat
eine Kontaktfläche 39,
die zur Herstellung eines elektrischen Kontakts mit Schaltungen
auf der ersten Leiterplatte 4 verwendet werden kann. Der
vierte äußere Leiterabschnitt 32 hat
einen Kontaktbereich 40. Der Kontaktbereich 40 wird
von der zweiten äußeren Feder 35 gegen
die entsprechenden Kontaktstellen 60 auf der zweiten Leiterplatte 15 gepresst.
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Der
Koaxialverbinder 30 hat ein zweites dielektrisches Gehäuse 42,
das mit einem Hohlraum 43 versehen ist. Der Hohlraum 43 hat
eine Hülse 44,
die vorzugsweise aus einem leitenden Material wie einem Bogenmaterial
gebildet ist. Die Hülse 44 dient als
Führung
für eine
innere Feder 45 und den dritten inneren Leiterabschnitt 46.
Der dritte innere Leiterabschnitt 46 hat eine im Wesentlichen
zylindrische Form und eine Kontaktfläche 41, um die Kontaktstelle 61 der
zweiten Leiterplatte 15 zu kontaktieren. Der dritte innere
Leiterabschnitt 46 hat ein Endteil 47, die in
einer radialen Richtung geneigt ist. In der Hülse 44 ist ein erstes
Ende der inneren Feder 45 neben einem Kontaktfuß 48 positioniert.
Der Kontaktfuß 48 und/oder
die Hülse 44 ist/sind
elektrisch auf der ersten Leiterplatte 4 montiert.
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Ein
zweites Ende der inneren Feder 45 greift an einer Kugel 63 an.
Die Kugel 63 ist elektrisch leitend und erzeugt eine zuverlässige elektrische
Verbindung zwischen dem dritten inneren Leiterabschnitt 46 und
der elektrisch leitenden Hülse 44 und/oder
der elektrisch leitenden Feder 45. Die Endteil 47 des
dritten inneren Leiterabschnitts 46 hat eine dritte Schulter 49,
die an eine vierte Schulter 50 der Hülse 44 anstößt, wenn
der dritte innere Leiterabschnitt 46 in einer nicht zusammengesteckten
Position vollständig
ausgefahren ist. Die vierte Schulter 50 und die dritte
Schulter 49 verhindern, dass der dritte innere Leiterabschnitt 46 aus
dem Eingriff mit der Hülse 44 gerät.
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Der
vierte äußere Verbinderabschnitt 32 hat eine
fünfte
Schulter 52. Die fünfte
Schulter 52 greift an einem Anschlag 51 an einem
Ende des dritten äußeren Verbinderabschnitts 31 an.
Wenn die zweite äußere Feder 35 mit
einer Kraft beaufschlagt wird, die die zweite äußere Feder 35 beschädigen oder zerstören kann,
dann greift die fünfte
Schulter 52 an dem Anschlag 51 an, um eine Überlastung
der zweiten äußeren Feder 35 zu
verhindern.
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Vorteilhafterweise
können
die erste und die zweite Ausgestaltung der Koaxialverbinder 1, 30 eine erste
Leiterplatte 4 lediglich mit einem einzigen Verbinder 1, 30 auf
der ersten Leiterplatte 4 mit einer zweiten Leiterplatte 15 verbinden.
Auf der zweiten Leiterplatte 15 befinden sich Kontaktstellen 60, 61, die
im Wesentlichen die Form des inneren und des äußeren Leiters der Koaxialverbinder 1, 30 haben.
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Ferner
ist es nicht notwendig, äußere Leiter mit
auslegerförmigen
elastischen Armen bereitzustellen, um eine ausreichende Haltekraft
des elektrischen Kontakts zwischen den entsprechenden Leitern bereitzustellen.
Der äußere Leiter,
insbesondere der zweite äußere Leiterabschnitt,
kann als mehr oder weniger massiver Teil ohne bruch- oder biegeanfällige Teile
bereitgestellt werden.
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Da
der innere und der äußere Leiter
in ihrer Verlängerung
elastisch anpassungsfähig
sind, können
z.B. ihre Längen,
Toleranzen der Distanz zwischen dem ersten und dem zweiten Kontaktmittel, wie
z.B. Leiterplatten, aufgenommen werden. Es ist daher nicht notwendig,
die laterale Position der Koaxialverbinder 1, 30 genau
einzustellen, während
die inneren und äußeren Leiter
der Koaxialverbinder 1, 30 mit dem zweiten Kontaktmittel
zusammengesteckt sind. Eine radiale Fehlausrichtung der Koaxialverbinder 1, 30 in
Bezug auf das zweite Kontaktmittel wird daher toleriert, solange
der innere und der äußere Leiter
der Koaxialverbinder 1, 30 das zweite Kontaktmittel
in der beabsichtigten Weise kontaktieren.