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Die
Erfindung betrifft eine Kontaktfeder gemäß den Merkmalen des Oberbegriffes
des Patentanspruches 1.
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Eine
Kontaktfeder, die in Richtung jeweils einer Kontaktfläche Lamellen
aufweist, wobei die Lamellen mit Kontaktstellen an den Kontaktflächen zur Anlage
bringbar sind, ist aus der
EP
1 523 069 bekannt. Die dort beschriebene und gezeigte Kontaktfeder
weist ein Befestigungsende auf, mit dem die Kontaktfeder in oder
an einem Trägerrahmen
festlegbar ist. Ein dem Befestigungsende abgewandtes freies Ende
kann sich in einer Aussparung des Trägerrahmens in einer Richtung
bewegen, wobei diese freie Bewegung wichtig ist, wenn die Kontaktfeder
zwischen die beiden Kontaktflächen
gebracht und dabei zusammengepresst wird. In der Praxis hat sich
herausgestellt, dass der Aufbau einer solchen Kontaktfeder mit nach
oben und unten gerichteten Lamellen sehr vorteilhaft ist, da Beschädigungen
auf Grund der geschlossenen Lamellen vermieden werden und auch ein
extremes Zusammendrücken
der Lamellen nicht zu einem Bruch derselben führt, da sich das freie Ende
axial bewegen kann und somit in Längsrichtung ein Ausgleichsweg
zur Verfügung
steht.
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Solche
bekannten Kontaktfedern werden hauptsächlich bei der Kontaktierung
von Antennenverstärkern
mit Antennenstrukturen, die sich in oder auf einem flächigen Bauteil
eines Fahrzeuges, insbesondere einer Scheibe, befinden, eingesetzt.
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Aus
der
EP 1 080 513 ist
bekannt, dass ein aus Kunststoff gefertigter Trägerrahmen auf das flächige Bauteil
des Fahrzeuges (hier die Heckscheibe) geklebt wird und in den Rahmen
die Platine eines Antennenverstärkers
eingesetzt wird. Die Platine des Antennenverstärkers trägt an den Stellen, an denen eine
Kontaktierung mit Kontaktflächen
der Fahrzeugscheibe erfolgen soll, festgelötete und abstehende Kontaktfedern,
die als Kontaktarm mit einem freien, abstehenden Ende ausgebildet
sind. Hierbei besteht die Gefahr, dass solche abstehenden Kontaktfedern umgebogen
oder abgebrochen werden, insbesondere wenn der Antennenverstärker bei
einem Zulieferer des Fahrzeugherstellers gefertigt und danach an
den Produktionsort des Fahrzeuges gebracht wird. Werden solche abstehenden
Kontaktfedern verbogen, ist die erforderliche Federcharakteristik
verstellt oder im schlimmsten Fall unbrauchbar geworden, so dass kein
Kontakt zu der Kontaktfläche
auf der Fahrzeugscheibe oder kein ausreichender Kontaktdruck zur Verfügung steht.
Daher kommen anstelle der aus der
EP
1 080 513 bekannten Kontaktfedern, die an der Platine des
Antennenverstärkers
festgelötet
sind, die lamellenförmigen
Kontaktfedern aus der
EP 1 523 069 zum
Einsatz.
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Versuche
mit den Kontaktfedern, die eine Geometrie aus der
EP 1 523 069 aufweisen, haben aber
gezeigt, dass diese an sich bekannten lamellenartigen Kontaktfedern
noch verbesserungswürdig sind.
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Die
DE 202 15 634 U1 zeigt
eine Fahrzeugglasscheibe mit einer elektrischen Anordnung mit zueinander
benachbart angeordneten Anschlussflächen auf einer Scheibenoberfläche und
einem Verbindungselement, das mit den Anschlussflächen in Verbindung
steht und dass zur Verbindung der elektrischen Anordnung mit einer
fahrzeugseitigen Einrichtung zur Signalverarbeitung oder Spannungsversorgung
bestimmt ist, wobei das Verbindungselement einen Steck- oder Klemmverbinder
für ein
mehrere voneinander isolierte Leiter umfassendes Flachkabel umfasst,
wobei der Steck- oder Klemmverbinder einen isolierenden flachen
Korpus, der eine im Wesentlichen parallel zur Scheibenoberfläche angeordnete
schlitzartige Kabelaufnahme aufweist, in die ein Flachkabel mit
einem freien Ende lösbar
einbringbar ist und weiterhin mehrere Verbindungsleiter umfasst,
die mit ihren kabelseitigen Enden in die Kabelaufnahme münden und
die mit ihren glasseitigen Enden mit den Anschlussflächen verbunden
sind. Bei diesem Stand der Technik ist zur Verringerung der Korrosionsanfälligkeit,
insbesondere im Falle rein mechanischer Verbindungen, vorgesehen,
dass die miteinander in Kontakt kommenden Anschlussflächen und
glasseitigen Enden der Verbindungsleiter zumindest oberflächlich aus
dem gleichen Material bestehen, z.B. vergoldet sind. Allerdings
ist aus dieser
DE
202 15 634 U1 nicht bekannt, dass das Verbindungselement
lamellenartig ausgebildet ist und ein Befestigungsende sowie ein
freies Ende aufweist, wobei das Befestigungsende in nur einer vorgebbaren
Position an einem Träger
festlegbar ist.
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Aus
der
US 5,975,959 ist
ein Kontaktelement bekannt, welches ein Befestigungsende und zwei freie
Enden aufweist. Dabei weist das Befestigungsende eine bestimmte
symmetrische Form und ein bestimmtes symmetrisches Lochmuster auf,
wodurch es mittels Kraft- und Formschluss in mehreren Positionen
an dem Träger
festlegbar ist. Damit ist die Kontaktfeder gemäss der
US 5,975,959 nicht dazu ausgebildet,
ein Befestigungsende in nur einer vorgebbaren Position an dem Träger festzulegen.
Im Übrigen
sind bei dieser
US 5,975,959 sämtliche
Lamellen der Kontaktfeder gleich breit ausgebildet, wobei auch die
Anzahl der Lamellen in Richtung der jeweiligen Kontaktflächen gleich
und damit nicht unterschiedlich ist. So ist in sämtlichen Figuren der
US 5,975,959 gezeigt, dass
die symmetrisch gestaltete Kontaktfeder, ausgehend von dem Mittelsteg,
jeweils drei nach rechts und links sowie nach oben und unten weisende
Lamellen aufweist. Weiterhin geht aus der
US 5,975,959 nicht als bekannt hervor,
dass zumindest eine der Kontaktstellen eine Beschichtung aufweist, wobei
das jeweilige Material der Beschichtung dem Material der Kontaktfläche angepasst
ist.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, die bekannten lamellenartigen
Kontaktfedern dahin weiter zu verbessern, dass sie hinsichtlich ihrer
Anwendung bei der Kontaktierung von elektronischen Geräten, insbesandere
Antennenverstärkern, in
Fahrzeugen mit elektrisch leitenden Strukturen in flächigen Bauteilen,
insbesondere Antennenstrukturen in Fahrzeugscheiben, optimiert sind.
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Diese
Aufgabe ist durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Es
ist erfindungsgemäß vorgesehen,
dass die zumindest eine Kontaktstelle der Kontaktfeder eine Beschichtung
aufweist, vorzugsweise die Kontaktstellen der Kontaktfeder eine
Beschichtung aufweisen, wobei das jeweilige Material der Beschichtung
der Kontaktfeder dem Material der Kontaktfläche angepasst ist. Das bedeutet,
dass die Kontaktfeder aus einem ersten Material besteht, das als Grundmaterial
zu bezeichnen ist. In den Bereichen und den Bereichen daneben, mit
denen die Wölbungen
der Lamellen an den Kontaktflächen
zur Anlage bringbar sind, weist entweder das Grundmaterial der Kontaktfeder
das gleiche Material wie die Kontaktfläche selber auf. Dadurch lässt sich
eine Kontaktkorrosion weitestgehend vermeiden oder wird sogar vollständig vermieden.
Für den
Fall, dass das Grundmaterial der Kontaktfeder ein anderes Material
ist als die eine Kontaktfläche
oder sogar ein anderes ist als beide Kontaktflächen, ist vorgesehen, die Kontaktstellen der
Lamellen der Kontaktfeder mit dem gleichen Material zu versehen,
aus dem die Kontaktfläche
besteht, so dass die einander anliegenden Bereiche aus gleichem
Material bestehen. Das bedeutet, dass die Beschichtung der Kontaktstellen
der Kontaktfeder aus dem gleichen Material besteht, wie die Kontaktflächen, an
denen die Lamellen zur Anlage bringbar sind. Dabei ist es durchaus
denkbar, dass das Grundmaterial der Kontaktfeder aus einem ersten
Material besteht, wobei die beiden Kontaktflächen aus von diesem Material
unterschiedlichen Materialien bestehen und die Kontaktstellen der
Lamellen mit den jeweiligen Materialien überzogen werden, mit denen sie
später
an der Kontaktfläche
zur Anlage bringbar sind. Damit wird wirksam vermieden, dass bei
Kontakt (Anlage) von zwei unterschiedlichen elektrisch leitfähigen Materialien
das unedlere angegriffen und aufgelöst wird. Das bedeutet mit anderen
Worten, dass das Material der Kontaktfläche und das Material der Kontaktstelle
der Lamelle in ihren elektrischen Eigenschaften aufeinander abgestimmt
sind, damit Kontaktkorrosionen und Auflösungen der Kontaktflächen weitestgehend
oder sogar vollständig
vermieden werden. Die Beschichtung der Kontaktstellen der Lamellen
kann z.B. durch einen galvanischen Überzug erfolgen, wobei es auch
denkbar ist, dass elektrisch leitfähige Materialien aufbringbar
sind, die mit elektrisch leitfähigen
Materialien vermischt sind (Stichwort: elektrisch leitfähiger Kunststoff).
Bei einer typischen Anwendung besteht z.B, die Kontaktfläche auf
der Fahrzeugscheibe, an der die Antennenleiterstruktur mit dem Antennenverstärker kontaktiert
werden soll, aus Silber, während
die Kontaktfläche
an dem Endpunkt der Leiterbahn des Antennenverstärkers aus Gold besteht. Würde nun
das Grundmaterial der Kontaktfeder insgesamt nur Federblech sein, könnte es
zu den geschilderten Auflösungserscheinungen
auf Grund der unterschiedlichen Spannungsreihen der Metallmaterialien
kommen. Dies wird mit der Erfindung dahingehend vermieden, dass
die in Richtung der Kontaktfläche
der Fahrzeugscheibe gerichtete Lamellen mit Silber beschichtet werden, während die
in Richtung der Kontaktfläche
auf der Leiterplatte des Antenneverstärkers gerichteten Lamellen
mit Gold überzogen
werden, während
das Grundmaterial der Kontaktfeder aus einem Metall, das die guten
Federeigenschaften aufweist, besteht.
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In
einer ergänzenden
Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Anzahl der
Lamellen in Richtung der einen Kontaktfläche und/oder deren Breite unterschiedlich
ist zu der Anzahl der Lamellen und/oder deren Breite in Richtung
der weiteren Kontaktfläche.
Dadurch ist der Vorteil gegeben, dass verschiedene Kontaktkräfte einstellbar
sind, denn verschiedene Kontaktoberflächen benötigen auf Grund ihrer Abmessungen
und/oder Materialien verschiedene Kontaktkräfte, die durch die Anzahl der Lamellen
und/oder deren Breite optimal eingestellt werden kann. Insbesondere
ist es möglich,
dass durch schmalere Lamellen die Kontaktkraft reduziert und somit
der Abrieb um die Kontaktfläche
herum ebenfalls reduziert werden kann. Gleichzeitig werden z.B.
bei schmaleren Lamellen auf Grund der höheren Anzahl der Lamellen die
erforderlichen Federkräfte bereitgestellt.
Ist jedoch der Effekt erwünscht,
dass die Federkraft auf beiden Seiten der Kontaktfeder gleich ist,
kann auch die Gesamtbreite aller Lamellen auf jeder Seite der Kontaktfeder
gleich sein. Dies bedeutet, dass bei unterschiedlicher Breite und
unterschiedlicher Anzahl der Lamellen auf der einen und auf der
anderen Seite trotzdem die Federkraft bzw. der Federweg gleich ist.
Werden jedoch unterschiedliche Federkräfte und/oder Federwege erforderlich, kann
dies durch die erfindungsgemäße Auslegung der
Lamellen auch ermöglicht
werden. Ist jedoch der Effekt erwünscht, dass die Kontaktkraft
auf beiden Seiten der Kontaktfeder gleich ist, kann auch die Anzahl
aller Lamellen auf jeder Seite der Kontaktfeder gleich sein. Dies
alles lässt
sich gezielt und gerichtet bei der erfindungsgemäßen Kontaktfeder einstellen, da
diese nur auf ihrer einen Seite befestigt wird und das freie Ende
aufweist, so dass hier in gezielter und vor allen Dingen bekannter
Längenausgleich
möglich ist.
Bei einer Kontaktfeder, die an beiden Enden eingespannt wäre, wäre diese
gezielte und gerichtete Auslegung nicht möglich.
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In
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass
das Befestigungsende der Kontaktfeder in nur einer vorgebbaren Position
an einem Träger,
einem Trägerrahmen,
einer Trägerplatte oder
dergleichen festlegbar ist. Hierzu ist in besonders vorteilhafter
Weise das Befestigungsende der Kontaktfeder und/oder der Befestigungsbereich
des Trägers,
an dem das Befestigungsende der Kontaktfeder festgelegt wird, formmäßig so ausgelegt,
dass eben nur die eine Position der Kontaktfeder an den Träger möglich ist.
Hierzu gibt es verschiedene Formgebungen, genauso wie verschiedene
Befestigungsmöglichkeiten,
auf die im Rahmen der Figurenbeschreibung noch eingegangen wird.
Die lagerichtige Positionierung der Kontaktfeder in oder an dem Trägerrahmen
ist wichtig, da damit einerseits eine automatisierte Montage, gerade
vorteilhaft für
große Stückzahlen,
ermöglicht
wird. Außerdem
wird somit vermieden, dass unterschiedlich dimensionierte Kontaktfedern
in ein und demselben Trägerrahmen
zum Einsatz kommen. Dies ist gerade dann wichtig, wenn die Kontaktfeder
z.B. auf einen bestimmten Abstand der beiden Kontaktflächen zueinander
abgestimmt ist und dieser Abstand z.B. bei verschiedenen Fahrzeugmodellen
variieren kann. Die lagerichtige Positionierung der Kontaktfeder
in den Trägerrahmen
ist außerdem
wichtig, um bei unterschiedlichem Kontaktoberflächen und/oder Kontaktkräften diese
seitenrichtig zu platzieren.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung, auf die diese jedoch nicht beschränkt ist, sind in den 1 bis 6 gezeigt.
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Es
zeigen:
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1:
die prinzipielle Anordnung einer lamellenartig ausgebildeten Kontaktfeder,
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2:
die Kontaktfeder, die aus einem Grundmaterial mit Federeigenschaften
besteht und ein Befestigungsende sowie ein frei bewegbares Ende
aufweist,
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3:
die Kontaktfeder mit nach oben und nach unten gerichteten Lamellen,
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4:
die Kontaktfeder, die an einem nicht dargestellten Träger mit
ihrem Befestigungspunkt festgelegt ist, so dass sich die frei bewegliche
Seite bewegen kann, wenn Axialkräfte
auf die Kontaktfeder wirken,
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5:
die Kontaktfeder in einem Träger
(insbesondere einem Trägerrahmen
zur Aufnahme der Leiterplatte eines Antennenverstärkers) mit
Kodierungen zur lagerichtigen Positionierung,
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6:
einen Trägerrahmen
(zum Beispiel Träger 10),
in dem die zumindest eine Kontaktfeder angeordnet und Anschläge zur Wegbegrenzung
für den
Federweg integriert sind.
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Die
1 zeigt,
soweit im Einzelnen dargestellt, die prinzipielle Anordnung einer
lamellenartig ausgebildeten Kontaktfeder
1 zwischen zwei
Kontaktflächen
2 und
3,
wobei z.B. die Kontaktfläche
2 auf
der Seite einer Leiterplatte eines Antennenverstärkers und die Kontaktfläche
3 auf
der Seite eines flächigen
Bauteils eines Fahrzeuges mit Antennenleiterstruktur angeordnet
ist. Ein solcher prinzipieller Aufbau, wie er in
1 gezeigt
ist, ist konstruktiv detailliert aus der
EP 1 080 513 bekannt.
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Die 2 zeigt,
dass die Kontaktfeder 1 aus einem Grundmaterial mit Federeigenschaften
besteht und ein Befestigungsende 4 sowie ein frei bewegbares
Ende 5 aufweist. Zwischen diesen beiden Enden 4, 5 ist
eine lamellenartige Verbindung, einmal in Richtung der Kontaktfläche 2 und
einmal in Richtung der Kontaktfläche 3,
vorhanden. Diese in 2 gezeigte Formgebung der Kontaktfeder 1 lässt sich durch
ein einfaches Stanzverfahren herstellen. Weiter ist in 2 gezeigt,
dass die oberen und unteren gewölbten
Bereiche, mit denen die Lamellen über Kontaktstellen 6, 7 an
den Kontaktflächen 2, 3 zur Anlage
kommen, mit unterschiedlichen Materialien beschichtet sind. Dabei
ist es wichtig, dass die Kontaktstellen 6, 7 eine
solche Ausdehnung aufweisen, dass sie nach dem Einbau der Kontaktfeder 1 an
ihrem vorgesehenen Einbauort vollständig oder gegebenenfalls überstehend
an den Kontaktflächen 2, 3 zur
Anlage kommen. Durch diese vollständige Auflage der Kontaktstellen 6, 7 auf
den zugehörigen
Kontaktflächen 2, 3 werden
Kontaktkorrosionen und Abriebe vermieden.
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3 zeigt
die Kontaktfeder 1 mit nach oben gerichteten Lamellen 8 und
nach unten gerichteten Lamellen 9, wobei die Lamellen 8 eine
Breite „a" aufweisen und drei
Mal vorhanden sind, währen
die nach unten gerichteten Lamellen eine größere Breite „b" aufweisen und nur
zwei Mal vorhanden sind. Auf Grund dieser Dimensionierung ist die
Gesamtbreite der drei Lamellen 8 gleich groß der Gesamtbreite
der Lamellen 9, so dass 3 × a = 2 × b bedeutet und zu gleicher
Federung (Federweg, Federkraft) führt. Das bedeutet allgemein,
dass die Anzahl der Lamellen und/oder deren Breite in Richtung der
einen Kontaktfläche
unterschiedlich, oder wenn gewünscht,
auch gleich ist, zu der Anzahl der Lamellen und/oder deren Breite
in Richtung der weiteren Kontaktflächen, so dass gleiche oder
unterschiedliche Kontaktkräfte bzw.
gleiche oder unterschiedliche Federwege einstellbar sind. So kann
beispielsweise durch schmale Lamellen, 8, 9, die
Kontaktkraft reduzier (Federkraft durch Anzahl der Lamellen ergibt
die Kontaktkraft) werden und somit auch der Abrieb an der Kontaktfläche 2, 3 reduziert
oder sogar vermieden werden, weil bei der Belastung der Kontaktfeder 1 mit
einer Axialkraft (s. 4) sich die frei bewegliche
Seite 5 der Kontaktfeder frei bewegen kann, ohne dass sich die Kontaktfeder 1 an
sich verbiegt.
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4 zeigt
die Kontaktfeder 1, die an einem nicht dargestellten Träger mit
ihrem Befestigungspunkt 4 festgelegt ist, so dass sich
die frei bewegliche Seite 5 der Kontaktfeder 1 in Pfeilrichtung
oder entgegengesetzt der Pfeilrichtung bewegen kann, wenn von oben
bzw. unten die Axialkräfte
beim und nach dem Einbau der Kontaktfeder auf die Lamellen wirken.
Das bedeutet, dass die von oben und unten wirkenden Axialkräfte eine
Auslenkung der frei beweglichen Seite 5 bewirken, gleichzeitig aber
auch die erforderlichen Kontaktkräfte bzw. Federwege gehalten werden.
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5 schließlich zeigt
die Kontaktfeder 1 in einem Träger 10 (insbesondere
einem Trägerrahmen zur
Aufnahme der Leiterplatte eines Antennenverstärkers), wobei die Form des
Befestigungsendes 4 der Kontaktfeder 1 und der
zugehörige
Befestigungsbereich der Kontaktfeder 1 an den Träger 10 auf Grund
ihrer Formgebung die Festlegung der Kontaktfeder 1 an dem
Träger 10 nur
in einer vorgebbaren Position gestatten. Für diese spezielle Codierung und
Befestigung der Kontaktfeder 1 an dem Träger gibt
es mehrere Möglichkeiten,
die schematisch in Figur gezeigt sind. So kann beispielsweise das
Befestigungsende 4 der Kontaktfeder 1 abgerundet,
abgeschrägt,
mit Einbuchtungen oder Ausbuchtungen oder asymmetrischen Formen
versehen sein und diese Form korrespondierend der Träger 10 aufweisen.
Ist z.B. eine Ecke des Befestigungsendes 4 der Kontaktfeder 1 abgeschrägt, weist
der korrespondierende Bereich in oder an dem Träger 10 ebenfalls eine
entsprechende Formgebung auf, z.B. auf Grund einer Vertiefung, in
die das Befestigungsende 4 eingesetzt wird, oder durch
einen entsprechend vorgesehenen schrägen Steg. Daneben ist es auch
möglich
(s. rechtes Drittel der 5), die Codierung mittels der
Befestigungsmittel wie z.B. Rasthaken, Rastnasen, Widerhaken oder
dergleichen, zu realisieren. So können beispielsweise der Träger 10 zwei
abstehende Dome unterschiedlichen Durchmessers aufweisen, während das
Befestigungsende 4 zwei Öffnungen mit ebenfalls unterschiedlichem
Durchmesser aufweisen. Allgemein erfolgt die Festlegung der Kontaktfeder 1 an
dem Träger 10 durch
Kraft- und/oder Formschluss, so z.B. durch Verstemmen, Heißprägen, Ultraschall-Vernieten,
Kleben, Rasen, Schrauben oder dergleichen. Daneben ist es noch denkbar,
dass mit Herstellung des Trägers 10 in
einem Kunststoff-Spritzgussverfahren auch gleichzeitig die zumindest
eine Kontaktfeder 1 positioniert wird, so dass eine nachträgliche Montage
der Kontaktfeder 1 nach der Herstellung des Trägers 10 entfällt.
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In 6 ist
gezeigt, dass in dem verwendeten Trägerrahmen (zum Beispiel Träger 10),
in dem die zumindest eine Kontaktfeder angeordnet ist, Anschläge zur Wegbegrenzung
für den
Federweg integriert sind. Dies ist besonders wichtig, damit während des
Transports und bei unsachgemäßer Handhabung
der verbauten Kontaktfedern diese nicht beschädigt werden können. Vorzugsweise
können
diese Anschläge
in den Befestigungs- und Einbauelementen der Kontaktfeder vorgesehen
werden, aber auch als eigenständige
Module am Trägerrahmen kostengünstig angebracht
werden. Die Anschläge sind
in der 6, Bezugsziffer 11 erkennbar.
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- 1
- Kontaktfeder
- 2
- Kontaktfläche
- 3
- Kontaktfläche
- 4
- Befestigungsende
- 5
- freies
Ende
- 6
- Kontaktstelle
- 7
- Kontaktstelle
- 8
- obere
Lamellen
- 9
- untere
Lamellen
- 10
- Träger
- 11
- Anschläge