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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Kontaktvorrichtung mit Federkontakten,
und insbesondere eine Kontaktvorrichtung mit Federkontakten zur Herstellung
eines elektrischen Kontakts.
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Bekannte
Kontaktvorrichtungen weisen Kontaktelemente in Form von Federelementen
oder Federkontakten auf, die in ein entsprechendes Gehäuse eingesetzt
sind und im Allgemeinen einen Teil einer Tastatur oder einer Betätigungseinrichtung
(Eingabeeinrichtung) bilden. Hierbei sind die einer direkten Betätigung durch
Niederdrücken
ausgesetzten Kontaktelemente bzw. Federelemente derart ausgeführt, so
dass im Verlauf der Betätigung
entsprechend dem möglichen
Betätigungshub
oder Betätigungsweg
ein mehr oder weniger großer
Versatz oder eine Verschiebung (Querbewegung) auftritt, so dass
zu der Bewegung entlang des Betätigungswegs (gewünschter
Weg des Betätigungshubs)
eine Querbewegung des Federelements auftritt. Dies bewirkt, dass
die einander berührenden
Kontaktflächen
bei der Bildung des elektrischen Kontakts eine spanabhebende Bewe gung
relativ zueinander durchführen, die
einerseits zu einer zerkratzten Kontaktfläche mit einem erhöhten Abrieb,
und in der Folge andererseits zu einem verschlechterten elektrischen
Kontakt mit erhöhten Übergangswiderständen führt. Die
Haltbarkeit oder die Lebensdauer der Kontaktflächen der Federelemente ist
somit erheblich eingeschränkt,
wobei die Zuverlässigkeit
des elektrischen Übergangs
zwischen diesen Kontakten im Verlauf der Zeit mit der weitergehenden
Abnutzung der Kontaktflächen schnell
abnimmt. Eine Erhöhung
des Kontaktdrucks führt
nicht zu einer dauerhaften Verbesserung, da der Abrieb zunimmt und
damit die Abnutzung der Kontaktflächen durch die Relativbewegung
zwischen den Kontaktflächen
weiter ansteigt.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, eine
Kontaktvorrichtung mit Federkontakten derart auszugestalten, dass
eine geringe Abnutzung der Kontakte und damit eine lange Lebensdauer
der Kontakte in Verbindung mit einem zuverlässigen elektrischen Kontakt
gewährleistet
ist.
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Erfindungsgemäß wird diese
Aufgabe durch eine Kontaktvorrichtung mit Federkontakten gemäß den im
Patentanspruch 1 angegebenen Mitteln gelöst.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung umfasst die Kontaktvorrichtung ein Gehäuse mit zumindest einem Einsetzraum
und zumindest einer Einsetzöffnung,
sowie zumindest einen Federkontakt, der in den Einsetzraum des Gehäuses eingesetzt
ist und einen ersten Schenkel und einen zweiten Schenkel und einen
Kontaktbereich aufweist. Der erste und zweite Schenkel ragen teilweise
durch die Einsetzöffnung
aus dem Gehäuse
heraus, und der Kontaktbereich liegt außerhalb des Gehäuses, wobei
der Kontaktbereich mittels des ersten und zweiten Schenkels elastisch
beweglich getragen wird und der erste und zweite Schenkel bei einem
Kontaktieren des Kontaktbereichs in der Einsetzöffnung geführt werden.
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Durch
diese Anordnung der Federkontakte in dem Gehäuse und die Ausführung der
Federkontakte sowie ihre Führung
in Verbindung mit dem Betätigungshub
der Federkontakte wird eine präzise
Bewegung der Federkontakte erreicht, die im Wesentlichen eine senkrechte
Bewegung entsprechend dem Betätigungshub darstellt,
wobei die Federkontakte mit ihrer entsprechenden Kontaktfläche oder
den Kontaktpunkten keine Querbewegung und damit keinen Abrieb erzeugen,
so dass die Qualität
der Kontaktflächen über einen
längeren
Zeitraum erhalten werden kann und somit ein zuverlässiger und
leicht zu betätigender
Kontakt mit einer extrem geringen Abnutzung gewährleistet ist.
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Bei
der Kontaktvorrichtung sind bevorzugt der erste Schenkel und der
zweite Schenkel bezüglich
des zwischen ihnen angeordneten Kontaktbereichs symmetrisch zu einer
vorbestimmten Symmetrieachse angeordnet. Die Symmetrieachse verläuft vorzugsweise
senkrecht zu einer oberen Oberfläche des
Gehäuses.
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Vorzugsweise
besteht der zumindest eine Federkontakt aus einem streifenförmigen Material, und
ein Ende des jeweils ersten und zweiten Schenkels ist benachbart
zu dem Kontaktbereich angeordnet, und an dem jeweils anderen Ende
des ersten und des zweiten Schenkels ist eine Verbreiterung ausgebildet.
Die Verbreiterung kann formschlüssig
in einen Hinterschnitt eingesetzt sein, der durch ein Befestigungselement
des Gehäuses
gebildet wird.
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Vorzugsweise
sind an den äußeren Enden des
zumindest einen Federkontakts benachbart zu den Verbreiterungen
Anschlusselemente ausgebildet, mittels denen der zumindest eine
Federkontakt angeschlossen wird.
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Das
Gehäuse
weist bevorzugt eine Vielzahl von Einsetzräumen und eine Vielzahl von
Einsetzöffnungen
auf, so dass eine Vielzahl von Federkontakten eingesetzt werden
kann. Es wird bevorzugt die Vielzahl der in dem Gehäuse angeordneten
Einsetzräume
durch eine Vielzahl von Stegen getrennt. Insbesondere können die
Vielzahl der Stege die Vielzahl der in die Einsetzräume des
Gehäuses
eingesetzten Federkontakte elektrisch und mechanisch voneinander
trennen.
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Das
Gehäuse
kann aus einem elektrisch isolierenden Material und der zumindest
eine Federkontakt aus einem elektrisch leitenden Material bestehen.
Der Kontaktbereich umfasst bevorzugt zumindest eine Kontaktstelle
oder eine Mehrzahl von Kontaktstellen, die durch einen vertieften
Bereich voneinander getrennt sind.
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Vorzugsweise
sind der erste und zweite Schenkel in einer Stufe oder in mehreren
Stufen abgewinkelt und bilden ein elastisches Federelement, das
entlang einer Symmetrieachse, die senkrecht zu einer oberen Oberfläche des
Gehäuses
verläuft,
einfedern kann. Des Weiteren kann die Vielzahl der Federkontakte
derartige erste und zweite Schenkel aufweisen, die symmetrisch zu
einer vorbestimmten Symmetrieachse angeordnet, jedoch unterschiedlich in
zumindest einer Stufe abgewinkelt sind, so dass die jeweiligen Kontaktbereiche
der Federkontakte unterschiedlich weit außerhalb des Gehäuses angeordnet
sind.
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Die
Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme
auf die Zeichnung näher
erläutert.
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Es
zeigen:
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1 eine
perspektivische Darstellung des Gehäuses der Kontaktvorrichtung,
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2 eine
Draufsicht auf die Oberseite des in 1 gezeigten
Gehäuses,
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3 eine
Seitenansicht des Gehäuses
gemäß 1 entsprechend
der in 1 dargestellten oberen Seitenfläche,
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4 eine
Seitenansicht einer Federkontakt der Vorrichtung,
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5 eine
Seitenansicht des Gehäuses
(linke Seitenfläche
gemäß 1)
mit einem in das Gehäuse
eingesetzten Federkontakt,
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6 eine
Seitenansicht einer Vielzahl von Federkontakten, die in dieser Darstellung
senkrecht zur Papierebene hintereinander angeordnet sind,
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7 eine
Ansicht einer Vielzahl unterschiedlicher Federkontakten von unten
entgegengesetzt zu den jeweiligen Kontaktbereichen der Federkontakten,
und
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8 eine
Seitenansicht des Gehäuses
gemäß 1 (Ansicht
der oberen Seitenfläche
gemäß 1)
mit eingesetzten unterschiedlichen Federkontakten.
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Nachstehend
wird die Vorrichtung unter Bezugnahme auf die angegebenen Figuren
im Einzelnen beschrieben, wobei zuerst unter Bezugnahme auf die 1 bis 3 ein
Gehäuse 1 beschrieben wird,
in das nachstehend im Einzelnen noch beschriebene Federkontakte
F1 bis F4 (7) eingesetzt werden.
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Das
Gehäuse 1 gemäß der Darstellung
in 1 weist zumindest einen Einsetzraum 2 auf,
in welchen jeweils einer der Federkontakte (oder Kontaktfedern)
F1 bis F4 eingesetzt wird. In dem in 1 dargestellten
Gehäuse
sind zum Einsetzen von vier Federkontakten F1 bis F4 ebenfalls vier
Einsetzräume 2 vorgesehen.
Die vorliegende Erfindung ist hierauf jedoch nicht festgelegt, und
es können
in Abhängigkeit
von einer Anwendung mehr oder weniger Einsetzräume für eine jeweilige Anzahl benötigter Federkontakte
in dem Gehäuse 1 vorgesehen
sein.
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Jeder
Einsetzraum 2 weist ferner eine Einsetzöffnung 3 auf, durch
die nach dem Einsetzen des Federkontakts F1 bis F4 der Federkontakt
teilweise aus dem Gehäuse 1 der
Kontaktvorrichtung hinausragt. Die Einsetzöffnung 3 liegt symmetrisch
bezüglich
des Einsetzraums 2.
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Jeder
Einsetzraum 2 einschließlich der Einsetzöffnung 3 des
Gehäuses 1 ist
von einem jeweils anderen Einsetzraum 2 mittels eines Stegs 4 getrennt.
Durch die jeweiligen Stege 4 zwischen den mehreren Einsetzräumen 2 gemäß der Darstellung
in 1 zur jeweiligen Trennung der mehreren Einsetzräume 2 der
Federkontakte F1 bis F4 wird sowohl eine mechanische Trennung der
einzelnen Federkontakte F1 bis F4 als auch eine elektrische Isolation zwischen
diesen hergestellt. Das Gehäuse 1 besteht somit
aus einem isolierenden Material oder ist zumindest an seinen inneren
und äußeren Oberflächen mit einer
isolierenden Schicht beschichtet.
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An
dem jeweils einen und anderen Ende des Gehäuses 1, an dem sich
kein weiterer Einsetzraum 2 für einen Federkontakt F1 bis
F4 anschließt,
bildet der Steg 4 gleichzeitig die äußere Gehäusewand des Gehäuses 1.
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An
den beiden Enden jedes Stegs 4 in Bezug auf dessen Längsausdehnung
ist ein Befestigungselement 5 angeordnet, das bei den Stegen 4 am
Gehäuserand
L-förmig
und bei den übrigen
Stegen 4 T-förmig
ausgebildet ist, mittels dessen der jeweils eingesetzte Federkontakt
F1 bis F4 formschlüssig befestigt
werden kann. Insbesondere bildet das Befestigungselement 5 einen
Hinterschnitt 5a, in den nachträglich noch beschriebene Teile
des jeweiligen Federkontakts F1 bis F4 zur Erzielung einer formschlüssigen Befestigung
eingesetzt werden.
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Im
Vergleich zu der perspektivischen Darstellung des Gehäuses 1 der
erfindungsgemäßen Kontaktvorrichtung
gemäß 1 ohne
eingesetzte Federkontakte F1 bis F4 mit einer Darstellung im Wesentlichen
von der Unterseite zeigt 2 eine Draufsicht auf eine Oberseite
SO des Gehäuses 1,
wobei die Anordnung der jeweiligen vorzugsweise rechteckförmig ausgebildeten
Einsetzöffnungen 3 angegeben
ist. Wird in den jeweiligen Einsetzraum 2 einer der Federkontakte
F1 bis F4 eingesetzt, dann ragt der betreffende Federkontakt durch
die Einsetzöffnung 3 des
Gehäuses 1 über die
obere Oberfläche SO
und damit über
das Gehäuse 1 hinaus.
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3 zeigt
die in 1 schräg
dargestellte erste Seitenfläche
S1 des Gehäuses 1 in
der Draufsicht. Zwischen den jeweiligen Stegen 4, wobei
im Randbereich die Stege 4 auch die Seitenwand, beispielsweise
die zweite Seitenfläche
S2 darstellen, liegen die vorstehend beschriebenen jeweiligen Einsetzräume 2.
Die Hinterschnitte 5a der jeweiligen Befestigungselemente 5 sind
ebenfalls in der Draufsicht dargestellt. Einer der einzusetzenden
Federkontakte F1 bis F4 ragt bezüglich
der Darstellung in 3 rechtwinklig zur Papierebene
in jeweils die Hinterschnitte 5a der Befestigungselemente 5 zueinander benachbarter
Stege 4.
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Nachstehend
wird im Einzelnen unter Bezugnahme auf die 4 und 5 ein
Federkontakt F1 (F2, F3, F4) beschrieben.
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4 zeigt
die Seitenansicht des Federkontakts F1 (Federelement, Kontaktfeder).
Der Federkontakt F1 ist im Wesentlichen symmetrisch ausgebildet
und wird aus einem dünnen
streifenförmigen elektrisch
leitenden Material, beispielsweise Stahl, Kupfer, Messing und dergleichen
oder entsprechenden Legierungen hergestellt. Der Federkontakt F1 gemäß 4 ist
symmetrisch geformt, wobei eine Symmetrie im Wesentlichen zu einer
Mittelachse oder Symmetrieachse SA besteht.
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Der
Federkontakt F1 (und in gleicher Weise die weiteren Federkontakte
F2 bis F4) umfasst an seinem linken und rechten Ende Anschlusselemente 10,
mittels denen der Federkontakt F1 an elektrische Zuleitungen angeschlossen
werden kann. Die elektrischen Zuleitungen können manuell befestigt werden, beispielsweise
durch Löten
oder Punktschweißen, oder
es kann die gesamte erfindungsgemäße Kontaktvorrichtung mit einer
Vielzahl von Federkontakten (F1 bis F4) als ein oberflächen-montierbares
Bauelement (Surface Mounted Device, SMD) vorgesehen sein, wobei
die Anschlusselemente 10 mittels eines allgemeinen Lötvorgangs
mit entsprechenden auf einer Schaltungsplatine (Baugruppe) angeordneten Leitungen
verbunden werden können.
Die Anschlusselemente 10 können jedoch auch als stiftförmige Anschlusselemente
ausgeführt
sein, die in entsprechende Bohrungen einer Platine eingesetzt oder
eingepresst werden können.
Vorzugsweise kann hierbei ein Platinen-Anschlussraster (Abstand
der Bohrungen) berücksichtigt
werden. Die durchgesteckten Anschlussstifte (d. h. die Anschlusselemente 10 in
Form von Anschlussstiften oder die an den Anschlusselementen 10 angesetzten
stiftförmigen
Anschlusselemente) können
dann ebenfalls mittels eines Lötvorgangs
mit zugehörigen
Anschlussleitungen auf der Platine (Baugruppe) verbunden werden.
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Die
an dem linken und rechten Ende jedes Federkontakts F1 bis F4 angeordneten
Anschlusselemente 10 können
des Weiteren auch in entsprechende Federelemente eingesetzt werden,
die ein sicheres Kontaktieren der Federkontakte F1 bis F4 der Kontaktvorrichtung
mit einer Baugruppe oder einer Platine in allgemeiner Form gewährleisten.
In diesem Fall kann das Gehäuse 1 mit
der Vielzahl der Federkontakte F1 bis F4 durch derartige Federelemente zum
Kontaktieren der jeweiligen Federkontakte F1 bis F4 lösbar gehalten
und gleichzeitig kontaktiert werden. Die Federelemente sind dabei
auf einer Platine oder Baugruppe vorab entsprechend den Abmessungen
des Gehäuses 1 der
Kontaktvorrichtung angeordnet, und es kann die Kontaktvorrichtung
in die Federelemente eingesetzt werden. Vorzugsweise ist jedes der
Anschlusselemente 10 der Kontaktvorrichtung mit einem jeweiligen
Federelement der Platine oder Baugruppe mechanisch und elektrisch
(galvanisch) verbunden.
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Da
die jeweiligen an den linken und rechten Enden des Federkontakts
F1 angeordneten Anschlusselemente 10 auch unterschiedlich
ausgeführt sein
können,
und insbesondere das Anschlusselement 10 der einen Seite
unterschiedlich zu dem Anschlusselement 10 der anderen
Seite ausgeführt
sein kann, bezieht sich die Angabe der Symmetrie des Federkontakts
F1 bezüglich
der Symmetrieachse SA auf den Bereich zwischen den beiden an den äußeren Enden
des Federkontakts F1 angeordneten Anschlusselementen 10.
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Der
Federkontakt F1 umfasst ferner einen ersten Schenkel 11 und
einen zweiten Schenkel 12, die jeweils symmetrisch zueinander
in einer Stufe oder in mehreren Stufen abgewinkelt sind und somit symmetrische
Federelemente bilden, die entlang der Symmetrieachse SA einfedern
können.
Zwischen dem ersten Schenkel 11 und dem zweiten Schenkel 12 ist
im Bereich der Symmetrieachse SA ein Kontaktbereich 13 angeordnet,
mittels dessen in Verbindung mit einem in den Figuren nicht gezeigten
weiteren Kontakt (Gegenkontakt) der gewünschte elektrische Kontakt
hergestellt wird. Der Kontaktbereich 13 kann aus einem
nach oben gewölbten
Kontaktbereich bestehen, dessen oberster Punkt gemäß der Darstellung
in 4 bei der Symmetrieachse SA liegen kann. Vorzugsweise
besteht jedoch der Kontaktbereich 13 aus zwei ebenfalls
symmetrisch zur Symmetrieachse SA liegenden und nach oben gewölbten Bereichen,
die einzelne Kontaktstellen 13a und 13b bilden,
wobei ein dazwischenliegender nach unten gewölbter und somit tieferer Bereich 13c etwa
bei der Symmetrieachse SA liegt. Somit wird vorzugsweise bei der
Annäherung
des (in den Figuren nicht gezeigten) Gegenkontakts der elektrische
Kontakt zu dem Federkontakt F1 (und den weiteren Federkontakten F2
bis F4) über
die beiden Kontaktstellen 13a und 13b symmetrisch
benachbart zu der Symmetrieachse SA gebildet.
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Die
erste und zweite Kontaktstelle 13a und 13b kann
aus dem leitenden Material der Federkontakt F1 bestehen, oder kann
vorzugsweise mit einem anderen leitenden Material beschichtet sein,
beispielsweise eine Goldbeschichtung aufweisen. Ferner können die
beiden Kontaktstellen 13a und 13b gebildet werden,
indem auf den Kontaktbereich 13 des Federkontakts F1 jeweils
an der ersten und zweiten Kontaktstelle 13a und 13b ein
entsprechend ausgestaltetes Plättchen
eines anderen leitenden Materials, beispielsweise ein vergoldetes
Plättchen,
aufgebracht wird. Vorzugsweise kann der in den Figuren nicht gezeigte
Gegenkontakt ebenfalls eine Kontaktfläche oder Kontaktstellen aus
einem gleichartigen Material aufweisen.
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Zwischen
dem ersten und dem zweiten Schenkel des Federkontakts F1 und den
an diesen Schenkel jeweils angeordneten Anschlusselementen 10 ist
eine Verbreiterung 14 vorgesehen, wobei an den Stellen
der Verbreiterung 14 die im übrigen Bereich des Federkontakts
F1 im Wesentlichen gleichförmige
Breite (in der Darstellung von 4 die Tiefe in
der Papierebene) des Federkontakts F1 größer ist als im Bereich der
Anschlusselemente 10, der ersten und zweiten Schenkel 11 und 12 sowie
des Kontaktbereichs 13.
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Mittels
der Verbreiterungen 14 zwischen den Anschlusselementen 10 und
jeweils dem ersten und zweiten Schenkel 11 und 12 wird
der Federkontakt F1 bei dem Einsetzen in das Gehäuse 1 und insbesondere
in den Einsetzraum 2 durch den Hinterschnitt 5a des
T-förmigen
oder L-förmigen
Befestigungselements 5 formschlüssig festgehalten. Der Hinterschnitt
bildet hierbei einen Befestigungs- oder Haltebereich in Verbindung
mit Befestigungselement 5 und dem zugehörigen Steg 4. Zwei
Hinterschnitte 5a oder Haltebereiche halten hierbei jeweils
ein Anschlusselement 10 an einem Ende des Federkontakts
F1.
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Die
Anordnung des Gehäuses 1 mit
einem in das Gehäuse 1 und
insbesondere in den Einsetzraum 2 eingesetzten Federkontakt
F1 ist in 5 gezeigt. 5 zeigt
im Einzelnen eine Schnittdarstellung des Gehäuses 1 entsprechend
der Linie A-A, wie es in 2 dargestellt ist, wobei im
Gegensatz zu 1 die Anordnung in 5 auch
die Schnittdarstellung des Federkontakts F1 im eingesetzten Zustand
in den Einsetzraum 2 und die Einsetzöffnung 3 zeigt.
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Gemäß der Darstellung
in 5 liegt die Verbreiterung 14 des Federkontakts
F1 formschlüssig
in dem Hinterschnitt 5a (Haltebereich), der an den jeweiligen
Enden eines der Stege 4, die beispielsweise zwischen den
mehreren Federkontakten F1 bis F4 angeordnet sind, zwischen dem
Befestigungselement 5 und dem Steg 4 gebildet
sind. Der Federkontakt F1 ist derart in den Einsetzraum 2 eingesetzt, dass
der überwiegende
Teil der beiden Schenkel 11 und 12 innerhalb des
Einsetzraums 2 angeordnet sind, während sowohl die Kontaktelemente 10 einschließlich einer
bogenförmige
Verbindung zu den Verbreiterungen 14 sowie ein Teil des
ersten Schenkels 11 und des zweiten Schenkels 12 und
der Kontaktbereich 13 außerhalb des Einsetzraums 2 liegen. Insbesondere
tritt ein jeweils oberer Teil des ersten und zweiten Schenkels 11 und 12,
an denen der Kontaktbereich 13 angeordnet ist, und der
Kontaktbereich 13 durch die Einsetzöffnung 3 des Gehäuses 1 hindurch,
so dass dieser Teil des Federkontakts F1 über die obere Oberfläche SO des
Gehäuses 1 gemäß der Schnittdarstellung
in 5 hervortritt. Dieser in der 5 obere
Teil des Federkontakts F1 ist somit von außerhalb des Gehäuses 1 zugänglich und kann
durch den (in den Figuren nicht gezeigten) Gegenkontakt zur Herstellung
eines elektrischen Kontakts gemäß 5 von
oben kommend den Kontaktbereich 13 des Federkontakts F1
berühren.
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Eine
Betätigungsrichtung
des (in den Figuren nicht gezeigten) Gegenkontakts zur Herstellung des
elektrischen Kontakts ist durch den in 4 gezeigten
Pfeil 15 angedeutet.
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Die
ebenfalls außerhalb
des Gehäuses 1 angeordneten äußeren Enden
des Federkontakts F1 in Form der Anschlusselemente 10 können somit
auf einfache Weise mittels Löten
oder eines sonstigen Verfahrens mit zugehörigen Leiterbahnen oder Anschlussdrähten verbunden
werden. Vorzugsweise ist bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung das jeweilige Anschlusselement 10 in
der Weise aus dem Gehäuse 1 herausgeführt, dass
mit der erfindungsgemässen
Kontaktvorrichtung ein oberflächen-montierbares
Bauelement (SMD) gebildet wird, oder dass die Kontaktvorrichtung
in die vorstehend angegebenen Federelemente zum Kontaktieren und
Halten der Kontaktvorrichtung eingesetzt werden kann.
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Zur
Darstellung der Wirkungsweise des Federkontakts F1 bis F4 der erfindungsgemäßen Vorrichtung
wird angenommen, dass der (in den Figuren nicht gezeigte) Gegenkontakt
sich beispielsweise gemäß 5 von
oben kommend dem Kontaktbereich 13 des Federkontakts F1
in der in das Gehäuse 1 eingesetzten
Form, wie es in 5 gezeigt ist, nähert. Die
Anordnung des Federkontakts F1 in dem Gehäuse 1 gemäß 5 stellt
den Ruhezustand des Federkontakts F1 und somit dessen von außen unbelasteten
Zustand dar.
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Wird
der Federkontakt F1, und werden insbesondere die vorzugsweise zwei
Kontaktstellen 13a und 13b des Kontaktbereichs 13 durch
den sich in 5 von oben annähernden
Gegenkontakt berührt (Pfeil 15 in 4),
dann wird durch die weitere gemäß 5 nach
unten gerichtete Bewegung des Gegenkontakts der Federkontakt F1
verformt. Hierbei werden im Einzelnen der erste Schenkel 11 und
der zweite Schenkel 12, die an beiden Seiten des Kontaktbereichs 13 (symmetrisch
zur Symmetrieachse SA) angeordnet sind, in der Weise verformt, dass
der Kontaktbereich 13 und damit die beiden Kontaktstellen 13a und 13b durch
den Druck des Gegenkontakts nach unten in 5 entgegen
der Federkraft des Federkontakts F1 nach unten bewegt werden. Die Schenkel 11 und 12 stellen
somit ein Federelement dar. Durch die Federkraft des Federkontakts
F1 und die nach unten gerichtete Bewegung des (in den Figuren nicht
gezeigten) Gegenkontakts wird ein elektrischer Kontakt (eine elektrische
Verbindung, galvanische Verbindung) zwischen diesem Gegenkontakt und
den Kontaktstellen 13a und 13b gebildet.
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Im
Einzelnen sind die Kontaktstellen 13a und 13b des
Kontaktbereichs 13 des Federkontakts F1 in der Weise ausgestaltet,
dass gemäß der Darstellung in 5 eine
linienförmige
Kontaktstelle gebildet wird, die entlang einer Richtung senkrecht
zur Papierebene verläuft.
Der Kontaktbereich 13 des Federkontakts F1 bildet somit
für den
gewünschten
elektrischen Kontakt eine breite Kontaktanordnung. Sollte jedoch
in Folge von unvermeidbaren Fertigungstoleranzen kein Kontakt entlang
der jeweils angeordneten linienförmigen
Kontaktstellen 13a und 13b gebildet werden können, wird
durch die vorzugsweise Bereitstellung zweier linienförmiger Kontaktstellen 13a und 13b des
Kontaktbereichs 13 zumindest eine Zweipunkt-Auflage und
damit ein an zwei Punkten hergestellter elektrischer Kontakt gebildet.
Eine zuverlässige
elektrische Kontaktverbindung zwischen dem (in den Figuren nicht
gezeigten) Gegenkontakt und dem Kontaktbereich 13 des Federkontakts
F1 ist somit auch unter ungünstigen
Bedingungen gewährleistet.
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Wird
die beispielsweise von einem Benutzer auf den (nicht gezeigten)
Gegenkontakt ausgeübte Betätigungskraft,
die ein Niederdrücken
des Federkontakts F1 bewirkt, gelöst, und bewegt sich der (nicht
gezeigte) Gegenkontakt gemäß der Darstellung
in 5 nach oben und entfernt sich von dem Kontaktbereich 13,
dann wird die Belastung (Druck) auf den Federkontakt F1 gelöst und es
kehrt der Federkontakt F1 in seine in 5 gezeigte
Ausgangslage (Ruhelage) zurück.
Bei der Bewegung des Kontaktbereichs 13 des Federkontakts
F1 gemäß 5 nach
unten in Folge einer Betätigung
des (nicht gezeigten) Gegenkontakts führt der Kontaktbereich 13 in
Folge der symmetrischen Anordnung des ersten und zweiten Schenkels 11 und 12 des
Federkontakts F1 und einer zu der Symmetrieachse SA in 4 gezeigten
elastischen und symmetrischen Bewegung eine nahezu senkrechte Bewegung
durch, wobei eine Bewegung des Kontaktbereichs 13 des Federkontakts
F1 in Richtung der Längsausdehnung
des Federkontakts F1 (d. h. quer zur Symmetrieachse SA) durch die
gegenüber
der Symmetrieachse SA (4) symmetrische elastische Verformung
des ersten und zweiten Schenkels 11 und 12 (eine
Bewegung in der Papierebene gemäß 5)
ausgeschlossen.
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Des
Weiteren wird eine Querbewegung des Kontaktbereichs 13,
d. h. eine Bewegung des Kontaktbereichs 13 senkrecht zur
Papierebene gemäß 5 vermieden,
da die Bewegung des Kontaktbereichs 13 des Federkontakts
F1 und des ersten und zweiten Schenkels 11 und 12 entlang
der in 4 gezeigten Symmetrieachse durch die Ausgestaltung der
Einsetzöffnung 3 geführt wird.
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Durch
das Vermeiden einer Querbewegung in beiden Richtungen in der Ebene
der oberen Oberfläche
OA senkrecht zur Symmetrieachse SA (4) wird
verhindert, dass der Kontaktbereich 13 und insbesondere
die erste und zweite Kontaktstelle 13a und 13b auf
dem (nicht gezeigten) Gegenkontakt reibend anliegen, so dass ein
Abrieb sowohl des (nicht gezeigten) Gegenkontakts als auch der beiden
Kontaktstellen 13a und 13b vermieden oder unter
Berücksichtigung
von fertigungstechnisch unvermeidbaren Toleranzen weitgehend ausgeschlossen
wird. Durch die weitgehend ausgeschlossene Reibung der Kontaktstellen 13a und 13b auf
dem (nicht gezeigten) Gegenkontakt unterliegen die Kontaktstellen 13a und 13b des
Kontaktbereichs 13 nur einer sehr geringen Abnutzung, so
dass eine lange Standzeit der Kontaktanordnung der erfindungsgemäßen Vorrichtung auch
im Hinblick auf sehr viele Schaltzyklen gewährleistet ist. Ferner führt dies
zu einer leichten Kontaktbetätigung
für einen
Benutzer der erfindungsgemäßen Kontaktvorrichtung.
Auch tritt keine Querbewegung in Abhängigkeit von der Betätigungskraft
(Richtung gemäß Pfeil 15 in 4)
auf, da die genaue Führung
gewährleistet
ist.
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In
den 4 und 5 ist zur Veranschaulichung
der Ausgestaltung der Federkontakte F1 bis F4 lediglich einen, Federkontakt
F1 dargestellt. Der in den 4 und 5 gezeigte
Federkontakt F1 stellt jedoch nur ein Beispiel der Ausgestaltung
eines Federkontakts dar.
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6 zeigt
eine Vielzahl von in einer Richtung senkrecht zu der Papierebene
der 6 hintereinander angeordneten Federkontakten F1
bis F4. Insbesondere unterscheiden sich die Federkontakte F1 bis
F4 durch ihre Ausgestaltung dahingehend, dass nach dem Einsetzen
des jeweiligen Federkontakts F1 bis F4 in das Gehäuse und
insbesondere in den Einsetzraum 2 der durch die Einsetzöffnung 3 der über die
obere Oberfläche
OA aus dem Gehäuse 1 hinausragende
Teil des Federkontakts F1 bis F4 unterschiedlich groß ist. Der
in den 4 und 5 dargestellte Federkontakt
bildet den vordersten Federkontakt F1 in 6, wobei
dieser Federkontakt F1 einen Kontaktbereich 13 aufweist,
der am weitesten aus dem Gehäuse 1 über der
oberen Oberfläche OA
hinausragt.
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Der
zweite in 6 dargestellte Federkontakt
F2 weist eine ähnliche
Ausgestaltung und insbesondere ähnliche
erste und zweite Schenkel 11 und 12 auf, wie der
erste Federkontakt F1, wobei jedoch die in einer Stufe oder in mehreren
Stufen abgewinkelten ersten und zweiten Schenkel 11 und 12 derart abgewinkelt
sind, dass der Kontaktbereich 13 des zweiten Federkontakts
F2 am Wenigsten aus dem Gehäuse 1 über der
oberen Oberfläche
OA hinausragt. Die Ausdehnung des zweiten Federkontakts F2 in dessen
Längsrichtung
ist gleichartig zu der Ausdehnung des ersten Federkontakts F1 in
dessen Längsrichtung.
Die Anschlusselemente 10 und die Verbreiterungen 14 der
jeweiligen Federkontakte F1 und F2 liegen somit in der Darstellung
in 6 deckungsgleich hintereinander in einer Richtung
senkrecht zur Papierebene.
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6 zeigt
des Weiteren einen dritten Federkontakt F3, dessen in einer Stufe
oder in mehreren Stufen abgewinkelter erster und zweiter Schenkel 11 und 12 derart
abgewinkelt sind, dass der zwischen diesen Schenkeln 11 und 12 angeordnete Kontaktbereich 13 um
einen vorbestimmten Betrag nach dem Einsetzen in den Einsetzraum 2 aus
der Einsetzöffnung 3 aus
dem Gehäuse 1 über die
obere Oberfläche
OA hinausragt, so dass der Abstand des Kontaktbereichs 13 des
dritten Federkontakts F3 zwischen dem Kontaktbereich 13 des
ersten Federkontakts und dem Kontaktbereich 13 des zweiten
Federkontakts liegt.
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Die
drei in 6 veranschaulichten Federkontakte
F1, F2 und F3 sind derart ausgestaltet, dass jeweils der zu dem
Federkontakt gehörende
Kontaktbereich 13 unterschiedliche Abstände aufweist zur oberen Oberfläche OA des
Gehäuses 1 und
somit um entsprechend unterschiedliche vorbestimmte Abstände aus
dem Gehäuse 1 und
insbesondere aus der Einsetzöffnung 3 herausragt.
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Ungeachtet
dessen, dass die Abwinkelung der jeweiligen ersten und zweiten Schenkel 11 und 12 der
jeweiligen Vielzahl der Federkontakte F1 bis F3 unterschiedlich
ist, sind die in entsprechender Weise jeweils einstufig oder mehrstufig
abgewinkelten Schenkel 11 und 12 in ihrer Ausgestaltung
symmetrisch zu der Symmetrieachse SA angeordnet, so dass sich unabhängig von
der Abwinkelung der Schenkel 11 und 12 der jeweiligen
Federkontakte F1 bis F3 dieselben Vortei le einer genauen Führung des jeweiligen
Federkontakts F1 bis F3 bei der Kontaktierbewegung durch den (nicht
gezeigten) Gegenkontakt ergeben. Somit wird jeder der in 6 gezeigten
Federkontakte F1 bis F3 nach Ausüben
einer Kontaktkraft gemäß 6 von
oben auf den jeweiligen Kontaktbereich 13 eine präzise geführte Bewegung
entlang der Symmetrieachse SA durchführen, wobei die genaue Führung in
einer Ebene entsprechend der Papierebene durch die symmetrische
Ausgestaltung der jeweiligen Schenkel 11 und 12 der
Federkontakte F1 bis F3, und in einer Richtung senkrecht zur Papierebene
durch das Einsetzen der jeweiligen Federkontakte F1 bis F3 in die
entsprechend ausgestalteten Einsetzöffnungen 3 bewirkt
wird.
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Gemäß dem in
perspektivischer Darstellung gezeigten Gehäuse in 1 sind als
Beispiel einer Ausführungsform
Einsetzräume 2 für vier Federkontakten
F1 bis F4 vorgesehen. In diesem Zusammenhang zeigt 7 ebenfalls
in einer perspektivischen Darstellung von unten die Anordnung der
vier in das Gehäuse 1 gemäß 1 einsetzbaren
Federkontakte F1 bis F4, wobei der vierte Federkontakt F4 die gleiche
Ausgestaltung bezüglich
der Abwinkelung der jeweiligen Schenkel 11 und 12 aufweist
wie der erste Federkontakt F1. In 7 sind die
entsprechenden Bezugszeichen zur Vereinfachung der Darstellung lediglich
bei dem ersten Federkontakt F1 angegeben.
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7 zeigt
ebenfalls bei sämtlichen
Federkontakten benachbart zu den jeweiligen Anschlusselementen 10 die
Verbreiterung 14 zwischen dem Anschlusselement 10 und
einem jeweiligen Schenkel 11 oder 12.
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8 zeigt
eine Seitenansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung, und insbesondere
eine Draufsicht auf die erste Seitenfläche S1 gemäß 1 in gleicher
Weise wie in 3, wobei jedoch in der Darstellung
von 8 sämtliche
Federkontakte F1 bis F4 eingesetzt sind und sich in ihrem Ruhezustand
(d. h. dem unbetätigten
Zustand) befinden.
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In 8 sind
von links nach rechts gesehen die Federkontakte F1 bis F4 angeordnet,
wobei sich im oberen Bereich jedes der Federkontakte F1 bis F4 der Kontaktbereich 13 befindet.
Aus 8 ist erkennbar, dass die Federkontakte F1 bis
F3 jeweils um unterschiedliche vorbestimmte Abstände nach oben aus dem Gehäuse 1,
d. h. über
die obere Oberfläche SO
des Gehäuses 1 hinausragen.
Die Ausführung des
ersten Federkontakts F1 entspricht im Wesentlichen derjenigen des
vierten Federkontakts F4.
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8 zeigt
ferner die formschlüssige
Aufnahme der Verbreiterung 14, die an jedem Schenkel 11 und 12 jedes
der Federkontakte F1 bis F4 angeordnet ist, nach dem Einsetzen in
den durch das T-förmige
oder L-förmige
Befestigungselement 5 gebildeten Hinterschnitt 5a.
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In
der Darstellung der vorstehend beschriebenen 1 bis 8 und
insbesondere gemäß den 1, 7 und 8 sind
vier Federkontakte F1 bis F4 vorgesehen, wobei die Federkontakte
derart unterschiedlich ausgestaltet sein können, dass sie um verschiedene
vorbestimmte Werte nach dem Einsetzen in den Einsetzraum 2 des
Gehäuses 1 die
Einsetzöffnung 3 durchdringen
und um entsprechend verschiedene vorbestimmte Werte über die
obere Oberfläche
OA des Gehäuses 1 hinausstehen.
Auf dieser Weise sind die Kontaktbereiche 13 des jeweiligen
Federkontakts F1 bis F4 von außen
für einen sich
diesen Federkontakten nähernden
(und in den Figuren nicht gezeigten) Gegenkontakt zur Bildung eines
elektrischen Kontakts zugänglich.
Die Betätigungsrichtung
ist durch den in 4 gezeigten Pfeil 15 angedeutet.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
ist jedoch auf die Anzahl von vier Federkontakten F1 bis F4 nicht
beschränkt,
da die Ausführungsform
beispielsweise gemäß 1 lediglich
ein Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung zeigt. Vielmehr können in Abhängigkeit von dem Bedarf mehr
oder weniger Federkontakte in dem Gehäuse 1 der Vorrichtung
angeordnet sein. Hierzu ist die Reihenfolge der unterschiedlich
ausgestalteten Federkontakte, d. h. der Federkontakte F1 bis F4
mit unterschiedlich großem Überstand über die
obere Oberfläche
OA des Gehäuses 1 nur
ein Ausführungsbeispiel,
wobei die Reihenfolge der einzusetzenden und zu verwendenden verschiedenen
Federkontakte F1 bis F3 in Abhängigkeit
von dem Bedarf und der Anwendungssituation frei wählbar ist.
Es können auch
Federkontakte gleicher Art, beispielsweise lediglich Federkontakte
gemäß dem dritten
Federkontakt F3 in das Gehäuse 1 eingesetzt
werden.
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Bei
der unterschiedlichen Ausgestaltung der Federkontakte F1 bis F4
hinsichtlich ihres Überstands über die
obere Oberfläche
OA des Gehäuses 1 und
der Anordnung der Anschlusselemente 10 (breite Anschlussfahne
in unterschiedlichen Ausführungen
und Winkeln und in der Ausführung
als Anschlussstift) sind ohne Abweichung von der grundsätzlichen
Anordnung gemäß der vorliegenden
Erfindung möglich,
sofern der Federkontakt F1 bis F4 insbesondere zwischen den jeweiligen
Verbreiterungen 14 des betreffenden Federkontakts hinsichtlich
der Anordnung und dem Abwinkeln in einer oder mehreren Stufen der
Schenkel 11 und 12 symmetrisch zur Symmetrieachse
SA ausgeführt
ist.
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Durch
das formschlüssige
Einsetzen jedes Federkontakts F1 bis F4 in das Gehäuse 1,
und insbesondere die Anordnung der Verbreiterung 14 in dem
durch die T-förmigen
oder L-förmigen
Befestigungselemente 5 gebildeten Hinterschnitte 5a wird eine
beidseitige Befestigung des Federkontakts F1 bis F4 in dem Gehäuse 1 gewährleistet,
so dass durch dieses formschlüssige
Führen
des Federkontakts die Anschlusselemente (beispielsweise Lötstellen
und dergleichen) bei einer Betätigung
des Federkontakts entlang der in 4 mittels
des Pfeils 15 angegebenen Betätigungsrichtung entlastet werden. Beim
Einsetzen des Federkontakts F1 bis F4 in das Gehäuse 1 wird erreicht,
dass durch eine innere Vorspannung der jeweiligen ersten und zweiten
Schenkel 11 und 12 nach außen in Richtung der Befestigung
im Gehäuse 1 sich
der Federkontakt F1 bis F4 in Verbindung mit dem formschlüssigen Einsetzen der
Verbreiterungen 14 stabil und verlässlich in dem Gehäuse 1 in
dieser eingesetzten Position hält.
Diese eingesetzte Position stellt somit die Ruheposition, d. h.
die unbetätigte
Position des Federkontakts F1 bis F4 im Gehäuse 1 dar. Des Weiteren
ist es möglich, die
jeweiligen Kontaktstellen 13a und 13b des Kontaktbereichs 13 jedes
der Federkontakte F1 bis F4 mit einem entsprechenden, einen guten
Kontakt gewährleistenden
Material zu beschichten, oder eine getrennt ausgebildete Kontaktstelle
(beispielsweise in Form eines entsprechend ausgebildeten Plättchens)
aufzusetzen.
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Durch
die Führung
des Federkontakts F1 bei der Kontaktierbewegung einerseits durch
das symmetrische Einfedern des ersten und zweiten Schenkels 11 und 12 (Richtung
gemäß Pfeil 15 in 4) und
zum Anderen durch die Führung
der Bewegung innerhalb der Einsetzöffnung 3 des Gehäuses 1 wird die
senkrechte Bewegung ohne eine Querbewegung sowohl bei einer Betätigung der
Federkontakte (Richtung gemäß Pfeil 15 in 4)
als auch bei einem Lösen
des Betätigungsdrucks
mit einer entgegengesetzt gerichteten Bewegung gewährleistet,
so dass auch bei Erschütterungen
während
des Kontaktiervorgangs eine Querbewegung eines der Federkontakte
F1 bis F4 und damit eine Relativbewegung zwischen dem Kontaktbereich 13 und
einem (nicht gezeigten) Gegenkontakt weitgehend vermieden wird. Erschütterungen
können
beispielsweise bei einem Einsatz der erfindungsgemäßen Kontaktvorrichtung im
Kraftfahrzeugbereich oder bei Maschinen und Haushaltsgeräten auftreten,
wenn sich diese im Betrieb befinden. Das Gehäuse ist zu diesem Zweck weitgehend
verwindungssteif ausgeführt,
so dass eine sichere Befestigung der Federkontakte F1 bis F4 in
dem Gehäuse 1 und
eine dauerhaft genaue Führung
der Federkontakte gewährleistet
ist. Es kann daher bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einer sehr
langen Standzeit der Kontaktbereiche und über die verlängerte Lebensdauer
mit einem zuverlässigen
Kontakt und einer für
einen Benutzer leichten Kontaktbetätigung gerechnet werden.
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Durch
die Anordnung einer Vielzahl von Federkontakten in dem in 1 gezeigten
Gehäuse 1 wird
die Kontaktvorrichtung im elektrischen Sinne mehrpolig mit mechanisch
und elektrisch voneinander getrennten Federkontakten F1 bis F4 ausgeführt. Die
Anzahl der Pole und damit der Federkontakte kann beliebig sein und
von der Anwendung abhängen.