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Hintergrund
der Erfindung
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Es
wurden Versuche unternommen, Lichtwellenleiteranschlüsse in Standard-Steckverbindern mit
elektrischen Kontakten der Bauart mit Gestell und Einsätzen zu
integrieren. In derartigen Steckverbindern sind weitgehend längliche
rechteckige Einsätze in
länglichen
Gehäusen
montiert und eine Anzahl derartiger Steckverbinder kann in einer
Reihe angeordnet sein. Wenn Steckverbinder dieser Bauart für optische
Anschlüsse
angepasst werden, bei welchen die Enden eines Paares von zu verbindenden
Lichtwellenleitern exakt aneinanderstoßen müssen, ist eine hohe Präzision erforderlich,
um sicherzustellen, dass die Lichtwellenleiterenden in einer Linie
liegen und die Lichtwellenleiter parallel verlaufen. Ein Steckverbindersystem,
das eine zuverlässige
Verbindung von Lichtwellenleiteranschlüssen sicherstellen würde, insbesondere
in Standard-Steckverbindergehäusen
mit Gestell und Einsätzen,
wäre wertvoll.
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Kurzbeschreibung
der Erfindung
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Gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung werden ein Steckverbinder und ein Steckverbindersystem
geschaffen, die Lichtwellenleiteranschlüsse enthalten, welche das genaue
Ausrichten von zu verbindenden Anschlüssen sicherstellen, und die
das Festhalten und Anschließen
an einen Lichtwellenleitereinsatz erleichtern, dessen vorderes Ende
rechteckig sein muss. Ein zweiter Steckverbinder hat ein Gehäuse mit
einem Paar Ausrichtbohrungen, während
ein erster Steckverbinder ein Paar vorspringende Ausrichtstifte
zur Aufnahme in den Bohrungen hat. Ein erster Stift hat eine zylindrische
Form und wird in einer ersten zylindrischen Bohrung sehr eng aufgenommen,
während
der zweite Stift zylindrisch ist, jedoch in einer Bohrung aufgenommen
wird, die in einer zu der ersten Bohrung radialen Richtung länglich ist.
Dies führt
dazu, dass der zweite Stift in Bezug auf die Achse des ersten Stifts exakt
im Winkel positioniert ist, jedoch nicht in Bezug auf die Achse
des ersten Stifts radial positioniert ist.
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Ein
Einsatz für
einen Steckverbinder hat einen rechteckigen vorderen Abschnitt,
der eng in einen rechteckigen Ausschnitt des entsprechenden Gehäuses passt.
Die Rückseite
des Einsatzes hat jedoch kreisförmige
Querschnitte, um die Verwendung einer kreisförmigen Halteklammer zu ermöglichen und
ein Gewinde zum Eingriff mit einem hinteren Gehäuseteil vorzusehen.
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Die
neuen Merkmale der Erfindung sind insbesondere in den beigefügten Patentansprüchen dargelegt.
Die Erfindung ist aus der folgenden Beschreibung, in Verbindung
mit den beigefügten Zeichnungen
gelesen, am besten verständlich.
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Kurzbeschreibung
der Zeichnungen
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1 ist
eine auseinandergezogene isometrische Ansicht eines Steckverbindersystems
gemäß vorliegender
Erfindung, die eine Steckbuchse und Stecker desselben zeigen.
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2 ist
eine Schnittansicht des Systems aus 1, die die
Steckverbinder angenähert,
jedoch nicht nahe genug zur vollständigen Verbindung zeigt.
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3 ist
eine Vorderansicht des ersten Steckverbinders bzw. der Steckbuchse
aus 1.
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4 ist
eine Seitenansicht des Steckverbinders 3
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5 ist
eine Rückansicht
des Steckverbinders aus 3.
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6 ist
eine Vorderansicht des zweiten Steckverbinders bzw. des Steckers
aus 1.
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7 ist
eine Seitenansicht des Steckverbinders aus 6.
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8 ist
eine Rückansicht
des Steckverbinders aus 6.
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9 ist
eine Teilschnittansicht eines Paares vollständig verbundener Steckverbinder
gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der Erfindung.
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10 ist
eine isometrische Rückansicht des
Lichtwellenleitereinsatzes des zweiten Steckverbinders bzw. Steckers
aus 1.
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11 ist
eine Teilvorderansicht des Steckers aus 6, die Schnittansichten
von Ausrichtstiften enthält,
die in Ausrichtbohrungen des Steckers eingeführt sind.
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11A ist eine vergrößerte Ansicht eines Teiles
von 11.
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12 ist
eine ähnliche
Ansicht wie 11, zeigt jedoch eine andere
Ausführungsform
der Erfindung.
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Beschreibung
der bevorzugten Ausführungsformen
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1 zeigt
ein Steckverbindersystem 10, das einen ersten Steckverbinder
bzw. eine Steckbuchse 12 und einen zweiten Steckverbinder
bzw. einen Stecker 14 enthält, die verbunden werden können, indem
die Steckverbinder entlang ihren Achsen 16, 18 bewegt
werden. Die Achsen verlaufen jeweils in entsprechende Vorwärtsrichtung
bzw. Rückwärtsrichtung
Fr, Rr für
die Steckbuchse bzw. Fp, Rp für den
Stecker. Jeder Steckverbinder ist in Längsrichtung M länglich und
in einer senkrechten seitlichen Richtung L kürzer, wobei die Richtungen
M, L zu der Vorwärtsrichtung
und der Rückwärtsrichtung
für jeden
Steckverbinder senkrecht sind. Der erste Steckverbinder hat einen
elektrischen Kontakteinsatz 20, der eine Vielzahl von elektrischen
Stiftkontakten 22 enthält.
Die Stiftkontakte verbinden sich mit Buchsenkontakten 24 eines
elektrischen Kontakteinsatzes 26 des zweiten Steckverbinders.
Der erste Steckverbinder enthält
ferner ein Paar von Steckverbinderelementen in Form von optischen
Stumpfverbindungsanschlüssen 30,
die sich mit entsprechenden Anschlüssen 32 eines Lichtwellenleitereinsatzes 34 des zweiten
Steckverbinders verbinden können.
Bei der Verbindung von elektrischen Kontakten, wie z. B. 22, 24,
ist es erforderlich, dass sie mit einer mäßigen Genauigkeit ausgerichtet
werden, wobei beispielsweise die Achsen der entsprechenden Stift-
und Buchsenkontakte innerhalb einiger tausendstel Zoll und innerhalb
einiger Grad fluchtend ausgerichtet sind. Wenn jedoch optische Anschlüsse miteinander
verbunden werden sollen, müssen
sie mit einer höheren
Präzision
fluchtend ausgerichtet werden, wobei sie beispielsweise innerhalb
etwa 0,02 mm (ein tausendstel Zoll) koaxial sein müssen, und
mit einer Winkelfehlausrichtung innerhalb etwa eines Grades. Ein Paar
Ausrichtstifte 40, 42 des ersten Steckverbinders wird
in einem Paar Ausrichtbohrungen 44, 46 des zweiten
Steckverbinders aufgenommen, um eine derartige Präzisionsausrichtung
sicherzustellen.
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2 zeigt
die beiden Steckverbinder 12, 14 während des
Verbindungsvorgangs, wobei jedoch noch eine Bewegung von einigen
Millimetern aufeinander zu zur endgültigen oder vollständigen Verbindung
erforderlich ist. Der erste Steckverbinder enthält ein Metallgehäuse 50,
in das eine Vertiefung 52 eingefräst ist, die den ersten elektrischen
Kontakteinsatz 20 aufnimmt. Der erste elektrische Kontakteinsatz
enthält
einen starren Isolierkörper 56,
in dem die elektrischen Kontakte 22 montiert sind, und
eine vordere und eine hintere gummiähnliche Tülle 60, 62 zur Abdichtung
gegen Feuchtigkeit. Mit den hinteren Enden der Kontakte sind Drahtleiter 65 verbunden.
Der zweite elektrische Einsatz 26 des zweiten Steckverbinders 14 hat
einen ähnlichen
Aufbau und ist in einem entsprechenden Metallgehäuse 70 des zweiten Steckverbinders
gehalten. Jeder der ersten Lichtwellenleiteranschlüsse 30 liegt
in einer Öffnung 64,
die in das Metallgehäuse 50 des
ersten Steckverbinders gebohrt ist. Jeder der zweiten Lichtwellenleiteranschlüsse 32 des
zweiten Steckverbinders liegt in einer Öffnung 66, die in
einem Metallrahmen 70 bzw. Einsetzgehäuse des zweiten Lichtwellenleitereinsatzes 34 gebildet
ist.
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Jeder
der beiden Lichtwellenleiteranschlüsse 30 des ersten
Steckverbinders enthält
eine Hülse 72,
die von einer Vorderfläche 74 des
ersten Gehäuses
vorragt, wobei ein Lichtwellenleiter 76 innerhalb der Hülse liegt.
Jeder zu verbindende Lichtwellenleiteranschluss 32 des
zweiten Steckverbinders enthält ein
vorderes Verbindungsende, das eine Hülse 80 enthält, die
innerhalb einer keramischen Präzisionsbuchse 82 liegt,
die auch die Hülse 72 des
ersten Steckverbinders aufnehmen kann. Der Anschluss 32 hat
ein hinteres Ende 84, das mit einem optischen Kabel 86 gekoppelt
ist, das einen Lichtwellenleiter enthält. Die zweite Hülse 80 kann
sich unter Vorspannung einer Feder nach hinten in Richtung Rr bewegen,
um sicherzustellen, dass die äußersten
Enden der Hülsen
und der Lichtwellenleiter darin aneinander stoßen. Es ist bekannt, dass die
effiziente Übertragung
von Licht in stumpfen Lichtwellenleiterkupplungen erfor dert, dass
die Enden der Hülsen
und der Lichtwellenleiter exakt konzentrisch liegen, wobei die Hülsen und
die Lichtwellenleiter so ausgerichtet sind, dass sie exakt parallel
zueinander verlaufen.
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Die
exakte Ausrichtung wird durch die Ausrichtstifte 40, 42 des
ersten Steckverbinders sichergestellt, die in die Ausrichtbohrungen 44, 46 des zweiten
Steckverbinders vorragen. Das Metallgehäuse 50 des ersten
Steckverbinders hat ein Paar Löcher 90, 92,
die die Ausrichtstifte 40, 42 in Übermaßpassung
in sich aufnehmen. Die Ausrichtbohrungen 44, 46 des
zweiten Steckverbinders nehmen die Stifte 40, 42 in
Präzisionsgleitpassung
in sich auf. In einem Beispiel hat die erste Bohrung 44 einen
Innendurchmesser A von 6,35 mm (0,2500 Zoll), während der entsprechende Stift 40 einen
Außendurchmesser B
von 6,337 mm (0,2495 Zoll) hat. Dies ergibt eine Differenz der Durchmesser
von 12,7 μm
(0,5 mil; ein mil entspricht einem tausendstel Zoll) und einen Spalt um
den Stift 40 von 6,35 μm
(0,25 mil). Der zweite Ausrichtstift 42 und die zweite
Bohrung 46 könnten ähnlich aufgebaut
sein, mit der Ausnahme, dass dann erforderlich wäre, dass der Abstand C zwischen den
beiden Bohrungen und zwischen den beiden Stiften innerhalb einiger
zehntausendstel Zoll exakt eingehalten wird. Das Positionieren der
Ausrichtbohrungen 44, 46 und der Stifte 40, 42 unter
Einhaltung ihrer Abstände
C in dieser Exaktheit würde
zu hohen Kosten führen.
Die Anmelderin vermeidet dies, indem die zweite Bohrung 46 in
einer zu der ersten Bohrung 44 radialen Richtung (d. h.
radial zur Achse 100 der ersten Bohrung) mit einer größeren Abmessung
E gebildet wird.
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11 zeigt
die beiden Bohrungen 44, 46 mit den beiden darin
liegenden Stiften 40, 42, wobei 11A den Bereich der zweiten Bohrung und des zweiten
Stifts zeigt. Die erste Bohrung und der erste Stift sind auf einer
ersten Achse 100 zentriert. Der zweite Stift 42 hat
einen zylindrischen Abschnitt, der in der zweiten Bohrung 46 liegt.
Die zweite Bohrung 46 hat die gleiche Breite A in seitlicher
Richtung L wie die erste Bohrung; die Breite A der zweiten Bohrung ist
nur einige zehntausendstel Zoll größer als der Durchmesser B des
zweiten Stifts 42. Die Höhe E der zweiten Bohrung beträgt jedoch
6,86 mm (0,270 Zoll), sodass ein Spalt F von etwa 0,25 mm (0,101 Zoll)
oberhalb und unterhalb des Stifts verbleibt. Der Spalt F ist vorzugsweise
größer als
25,4 μm
(0,001 Zoll). Als Folge davon ist die Funktion der zweiten Bohrung 46,
die seitliche Position (L) des zweiten Stifts zu fixieren und die
Winkelposition (in Umfangsrichtung D) des zweiten Stifts 42 um
die erste Achse 100 auf einen kleinen Bruchteil eines Grades
zu fixieren. In einem von der Anmelderin konstruierten Steckverbindersystem
ist der Abstand C 20 mm (0,79 Zoll), so dass die Ausrichtstifte
nahe an den optischen Anschlüssen
liegen. Ein seitlicher Spalt G von 6,35 μm (0,25 mil) führt dazu,
dass eine Schwenkbewegung des Stifts 42 um die Achse 100 in
der Mitte des Stifts 40 auf etwa zehn Bogenminuten begrenzt ist.
Der Unterschied 2G in der Breite wird fast immer weniger als 50,8 μm (2 mil)
sein. Zwischen dem zweiten Stift 42 und den in Längsrichtung
(M in 11A) entgegengesetzten Seiten 101, 103 der
zweiten Bohrung 46 ist keine Berührung erwünscht. 11A zeigt,
dass der Stift 42 einen kreisförmigen Querschnitt hat, während die
Bohrung 46 in der Längsrichtung
M länglich
ist. Die in Umfangsrichtung (in Bezug auf die Achse 100)
entgegengesetzten Seiten 105, 106 des zweiten
Stifts 42 liegen sehr nahe an den in Umfangsrichtung entgegengesetzten
Seiten 107, 108 der zweiten Bohrung 46.
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Die
beiden Bohrungen 44, 46 werden vorzugsweise auf
einer Fräsmaschine
gebildet, wobei ein rotierendes Fräswerkzeug in den Rahmen 70 und wieder
heraus bewegt wird, um die erste kreisförmige Bohrung 44 zu
bilden, worauf das Fräswerkzeug
an die Position der zweiten Bohrung 46 bewegt wird. Anschließend wird
das Fräswerkzeug
in den Rahmen 70 bewegt, um ein Loch zu bilden, worauf
hin das rotierende Fräswerkzeug
in dem Loch verbleibt und das Fräswerkzeug
in einer Richtung R bewegt wird, die radial zu der ersten Achse 100 ist
(wobei R parallel zu M ist), um eine Bohrung zu bilden, die nicht
exakt kreisförmig
ist, sondern in einer zu der ersten Achse 100 radialen
Richtung länglich
ist.
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12 zeigt
eine weitere Konstruktion, bei welcher der erste Stift 40 und
die erste Bohrung 44 den gleichen Aufbau in 11 haben.
Die zweite Bohrung 46A ist jedoch zylindrisch und hat daher
einen kreisförmigen
Querschnitt, aber der zweite Ausrichtstift 42A ist nicht
kreisförmig.
Der zweite Aus richtstift 42A ist radial abgeflacht, sodass
er bei 102, 104 "Flachstücke" und somit eine geringere Dicke in radialer
Richtung R bzw. Längsrichtung
M hat. Da die Dicke P des zweiten Stifts nicht mehr als etwa ein Drittel
des ursprünglichen
Durchmessers B ist, beträgt
der radiale Spalt (zwischen dem Stift 42A und der Bohrung 46A)
etwa das Dreifache des Spalts in seitlicher Richtung L. Es sei angemerkt,
dass zwar zwei Ausrichtstifte (beispielsweise 40, 42 in 2) von
einem Steckverbinder vorragend dargestellt sind, die gleitend in
zwei Bohrungen in dem anderen Steckverbinder passen, aber auch nur
ein Ausrichtstift vorgesehen sein kann, der jeweils von einem Steckverbinder
vorragt und in dem jeweils anderen eine Ausrichtbohrung vorgesehen
sein kann, welche beiden Anordnungen (1 oder 2 Stifte an einem Steckverbinder)
einander gleichwertig sind.
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10 ist
eine isometrische Rückansicht des
zweiten Lichtwellenleitereinsatzes 34 des zweiten Steckverbinders.
Der vordere Abschnitt 110 muss einen weitgehend rechteckigen
Querschnitt haben (entlang der Achse des Steckverbinders und der
Achse 123 gesehen). Die Anmelderin bevorzugt, den hinteren
Abschnitt 112 mit weitgehend kreisförmigen Querschnitten zu bilden.
Dies hat mehrere Vorteile. Ein Vorteil ist, dass dies zu einer kreisförmigen Haltefläche 116 führt. 2 zeigt,
dass die Haltefläche 116 innerhalb
einer entsprechenden zylindrischen Fläche 118 liegt, die
in dem zweiten Gehäuse 70 gebildet
ist, wobei eine Halteklammer 120 in dem dünnen Spalt 121 zwischen
der Haltefläche 116 und
dem Loch bei 18 in dem Gehäuse liegt. Die Klammer liegt im
wesentlichen an den Schultern an den gegenüberliegenden Enden des Spalts
an. Derartige Halteklammern 120 sind ohne weiteres als
zuverlässige
Einrichtungen zum Festhalten eines Einsatzes verfügbar, während sie
es erlauben, den Einsatz durch Verwendung eines Werkzeugs, mit dem
die Klammer den Einsatz freigibt, problemlos zu entfernen und zu ersetzen.
Derartige zuverlässige
Klammern sind nur in Kreisformen verfügbar. Der hintere Abschnitt
mit kreisförmigem
Querschnitt liegt auf einer Einsatzachse 123. Eine Übergangstelle 111 (10)
zwischen dem kreisförmigen
und dem rechteckigen Abschnitt liegt vor dem Spalt 121.
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Der
vordere Abschnitt 110 des rechteckigen Einsatzes hat in
Längsrichtung
beanstandete entgegengesetzte Enden 125, 127,
die über
den mit Gewinde versehenen Schaftabschnitt 122 hinausgehen. Die
Ausrichtbohrungen 44, 46 verlaufen durch diese überhängenden
Endabschnitte 125, 127. Es ist ersichtlich, dass
der hintere Abschnitt 112 des Einsatzes ein Gewinde 122 hat,
das es ermöglicht,
einen schützenden
hinteren Gehäuseteil
ohne weiteres an dem Einsatz zu befestigen, indem der hintere Gehäuseteil
auf dem Gewinde 122 in seine Position geschraubt wird.
Der runde Querschnitt an dem Gewinde ermöglicht diese Anbringung. Dadurch,
dass die Anmelderin den Lichtwellenleitereinsatz 34 mit
einem Übergang
zwischen dem weitgehend rechteckigen vorderen Abschnitt 110 mit
weitgehend rechteckigem Querschnitt und dem weitgehend kreisförmigen hinteren
Abschnitt 112 mit weitgehend kreisförmigen Querschnitten vorsieht,
ist die Anmelderin in der Lage, die erforderliche Form an der Vorderseite
des Steckverbinders zu schaffen, während das Halten und das Anschließen an der
Rückseite
des Einsatzes verbessert werden.
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In 2 ist
ersichtlich, dass die Anmelderin das erste Gehäuse mit Öffnungen oder Bohrungen 64 zum
Aufnehmen der Lichtwellenleiteranschlüsse 30 bildet, wobei
die Bohrungen 64 direkt in dem Metallgehäuse 50 gebildet
sind. Es wäre
möglich,
einen Einsatz ähnlich
dem Einsatz 34 für
den zweiten Steckverbinder vorzusehen. Die Anmelderin vermeidet
jedoch die Notwendigkeit eines großen Aufnahmeloches für den Einsatz
und erhöht
die Steifigkeit und Zuverlässigkeit,
indem die Aufnahmebohrungen für
die optischen Anschlüsse
direkt in dem Metallgehäuse
des ersten Steckverbinders gebildet werden. Der vordere Abschnitt 130 jeder
Bohrung ist insbesondere nützlich,
um die Ausrichtung und Position der Anschlusshülse 72 festzulegen
(obgleich die Buchse 82 eine Justierung mit hoher Präzision bietet).
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2 zeigt
eine konische Gummidichtung 140 um jeden ersten Anschluss,
um eine wasserdichte Abdichtung mit einem Loch in dem zweiten Einsatz zu
schaffen. 9 zeigt eine andere Anordnung
(wie sie entlang den Linien 9-9 in 3 zu sehen
wäre, jedoch
modifiziert), bei der ein O-Ring 144 vorgesehen ist, der
in einer Nut einer nach vorne vorspringenden Lippe 146 liegt,
um einen buchsenartigen Vorsprung 150 abzudichten. Ein
O-Ring bietet eine gleichförmigere
seitlich gerichtete Kraft auf die Anschlusshülsen, die in den Bohrungen 64A liegen
würden.
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Die
Anmelderin hat ein Steckverbindersystem mit dem in 1–8 und 10–11 gezeigten
Aufbau konstruiert. Jeder Steckverbinder hat in Längsrichtung
eine Gesamtlänge
J von 95 mm (3,744 Zoll)(6) und eine seitliche Breite
K von 30,5 mm (1,200 Zoll), wobei der zweite Steckverbinder eine
Tiefe Q (7) von 30,1 mm (1,185 Zoll) hat. 2 zeigt
die übrigen
Abmessungen exakt proportional zur Länge und Tiefe.
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Die
Erfindung schafft somit ein Steckverbindersystem mit ineinandersteckbaren
Steckverbindern, die jeweils mindestens einen Lichtwellenleiteranschluss
haben, der mit demjenigen des anderen Steckverbinders verbunden
werden kann, die eine Präzisionsausrichtung
der Lichtwellenleiteranschlüsse
bieten und die einen Einsatz bieten, dessen hinterer Abschnitt so
aufgebaut ist, dass er das Festhalten und das Anschließen erleichtert.
Ein Paar von einem Steckverbinder vorragende Ausrichtstifte werden
in einem Paar Ausrichtbohrungen in dem anderen Steckverbinder aufgenommen,
wobei ein erster Stift und eine erste Bohrung zylindrische Präzisionsoberflächen haben,
die in engen Eingriff kommen, und wobei ein zweiter Stift und eine
zweite Bohrung so konstruiert sind, dass ihre Umfangsposition bezüglich der
Achse der ersten Stiftbohrung exakt fixiert ist, jedoch die Fixierung
ihrer radialen Position in Bezug auf die Achse des ersten Stifts
und der ersten Bohrung vermieden ist.
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Ein
Einsatz für
einen der Steckverbinder hat einen weitgehend rechteckigen vorderen
Abschnitt zum Einsetzen in einen entsprechend geformten, in dem
Steckverbindergehäuse
gebildeten Hohlraum. Die Rückseite
des Einsatzes ist jedoch so konstruiert, dass sie weitgehend kreisförmige Querschnitte
hat, was die Verwendung einer Halteklammer und die Verwendung eines
Außengewindes
erleichtert.
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Eine
oder mehrere Bohrungen in einem ersten Steckverbinder zur Aufnahme
von Lichtwellenleiteranschlüssen
sind aus Gründen
der erhöhten
Präzision
und Dauerhaftigkeit direkt in das Metallgehäuse des ersten Steckverbin ders
gebohrt. Das erste Steckverbindergehäuse hat eine Öffnung zur
Aufnahme eines elektrischen Steckverbindereinsatzes, der elektrische
Anschlüsse
enthält,
deren Positionierung nicht so exakt sein muss, wie es für Lichtwellenleiteranschlüsse erforderlich
ist.