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Die Erfindung betrifft ein elektrisches Verbindungselement.
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Elektrische Verbindungselemente dienen dazu, elektrische Verbindungen zwischen elektrischen Leitern zu schaffen. Dazu können elektrische Verbindungselemente elektrische Leiter aufnehmen und beispielsweise mit stromleitenden Kontakten in Berührung bringen.
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Bekannt sind Steckverbinder wie beispielsweise Stecker und Buchsen, an die elektrische Leiter angeschlossen werden können. Es ist bekannt, nach der Herstellung eines elektrischen Kontakts zwischen einem elektrischen Leiter und einem geöffneten Steckverbinder anschließend den Steckverbinder zuzuschrauben, um den elektrischen Leiter gegen beispielsweise zweipolige Kontakte fixierend zu klemmen.
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DE 20 2009 007 573 U1 beschreibt eine Verbindungsklemme für elektrische Leiter. Innerhalb eines Gehäuses befindet sich eine Stromschiene, an die ein elastisches Klemmelement einen elektrischen Leiter drücken kann. Ein Schieber befindet sich an der Außenseite des Gehäuses und ist dazu ausgelegt, dass Klemmelement zu spannen, um den Leiter gegen die Stromschiene zu drücken, oder die Spannung zu verringern, um die Klemmwirkung aufzuheben.
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Es kann als Aufgabe angesehen werden, ein elektrisches Verbindungselement bereitzustellen, welches sich durch seine einfache Konstruktion auszeichnet und zugleich eine gute und verlässliche Verbindung ermöglicht.
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Die Aufgabe wird gelöst durch ein elektrisches Verbindungselement gemäß Anspruch 1. Abhängige Ansprüche beziehen sich auf vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung.
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Das erfindungsgemäße Verbindungselement umfasst ein Kontaktelement zum Herstellen eines elektrischen Kontakts, ein Federelement, und ein Schiebeelement zum Verstellen von Federelement und Kontaktelement zueinander zwischen einer Öffnungsstellung und einer Klemmstellung.
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Das Kontaktelement ist dazu ausgelegt, einen elektrischen Kontakt herzustellen. Beispielsweise kann das Kontaktelement ein Steckkontakt oder ein Buchsenkontakt sein, um eine elektrische Steckverbindung herzustellen. Für das Herstellen einer elektrischen Verbindung ist das Kontaktelement elektrisch leitfähig und besteht zum Beispiel aus einem Metall. Die Gestaltung des Kontaktelements ist derart, dass Bauteile wie Stecker, Buchsen oder elektrische Leiter angeschlossen werden können. Beispielsweise bietet sich eine flache, längliche Form an, die gebogen oder gerade sein kann. Bevorzugt ist ein Stabform. Weiter bevorzugt ist eine flache Stabform, so dass das Kontaktelement ebene Oberflächen aufweist und in seiner Breite weiter ausgedehnt ist als in seiner Höhe.
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Das Federelement ist ein Bauteil, welches sich elastisch verformen lässt. Es kann einen entspannten Zustand einnehmen, wenn keine externen Kräfte einwirken, oder sich in einem gespannten Zustand befinden, sobald externe Kräfte der Rückstellkraft entgegenwirken. Bevorzugt lässt sich das Federelement in unterschiedlich stark gespannte Zustände versetzten. Vorzugsweise besteht das Federelement aus einem metallischen Material wie Stahl oder einer Kupferlegierung. Es kann ebenso ein nicht leitendes Material, beispielsweise Kunststoff, verwendet werden. Das Federelement kann eine Torsion-, Biege-, Zug- oder Druckfeder sein, wobei eine Ausgestaltung als Biegefeder bevorzugt ist.
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Das Schiebeelement ist derart gestaltet, dass es das Federelement und das Kontaktelement zueinander zwischen einer Öffnungsstellung und einer Klemmstellung verstellen kann. Das Schiebeelement ist ein Bauteil, welches beispielsweise auf gekrümmten oder geraden Bahnen eine freie oder vorzugsweise geführte Bewegung vollziehen kann. Sowohl die Ausgestaltung als auch der Bewegungsraum, in welchem das Schiebeelement verschoben werden kann, können beliebig gewählt sein, solange eine Verschiebungsfunktion und das Einwirken auf das Federelement und/oder das Kontaktelement gewährleistet sind. Beispielsweise kann das Schiebeelement auf einer gebogenen oder einer geraden Bahn verschoben werden, es kann eckig oder abgerundet gestaltet sein. Vorteilhafterweise ist das Schiebeelement so angebracht, dass es von außen betätigbar ist. Dazu kann es zudem Griffelemente aufweisen, um seine Betätigung zu vereinfachen. Das Schiebeelement kann, indem es verschoben wird, direkt oder indirekt auf das Federelement und/oder das Kontaktelement einwirken. Auf diese Weise erzielt das Schiebeelement eine Relativbewegung zwischen dem Federelement und dem Kontaktelement, so dass sich ihre Position zueinander verstellen lässt. Dabei kann das Schiebeelement direkt oder indirekt auf eines oder beide Elemente einwirken. Eine direkte Wirkweise auf das Federelement wird dabei bevorzugt.
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Das Federelement umfasst einen Fensterbereich, welcher eine Klemmkante aufweist. Der Fensterbereich zeichnet sich durch eine Materialaussparung aus. Die Form des Fensterbereichs kann beispielsweise abgerundet oder ein Vieleck sein. Bevorzugt ist die Materialaussparung quaderförmig. Der Fensterbereich ist mindestens teilweise von einem Rahmen begrenzt. Bevorzugt umfasst der Rahmen den Fensterbereich vollständig. Die Klemmkante ist mindestens ein Teil des Rahmens. Bevorzugt kann die Klemmkante ein gerader Abschnitt des Rahmens sein.
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In der Öffnungsstellung bildet der Fensterbereich eine Einführöffnung für ein Leiterelement. Dazu ist die Klemmkante von dem Kontaktelement beabstandet angeordnet. Bevorzugt sind die Geometrie des Fensterbereichs und seine Positionierung derart, dass ein Leiterelement einfach eingeführt werden kann. Das Leiterelement kann ein elektrischer Leiter wie beispielsweise eine Litze, ein Draht oder ein Kabel sein.
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Die Klemmstellung zeichnet sich dadurch aus, dass eine Klemmwirkung erzeugt wird, indem die Klemmkante gegenüber der Öffnungsstellung in Richtung des Kontaktelements verschoben ist. Vorteilhaft sind die Formgebung des Kontaktelements und die der Klemmkante dazu ausgelegt, flächig aneinander anliegen oder einen Linienkontakt bilden zu können. So dient das Federelement dem Herstellen eines mechanischen und das Kontaktelement dem Herstellen eines elektrischen Kontakts mit dem Leiterelement. Dazu wird, um einen Kontakt herzustellen, das Leiterelement unter der Klemmwirkung zwischen Klemmkante und Kontaktelement fixiert und so gegen das Kontaktelement gedrückt.
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Das erfindungsgemäße Verbindungselement zeichnet sich mit dem konstruktiv einfachen Federelement und Kontaktelement durch seine einfache Konstruktion aus. Ein einfaches und sicheres Festklemmen des Leiterelements wird lediglich durch ein Verschieben des Federelements und des Kontaktelements zueinander realisiert, so dass die Klemmkante das Leiterelement gegen das Kontaktelement drückt.
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Eingesetzt werden kann diese Konstruktion beispielsweise zur Realisierung von Steckern und/oder Buchsen, an die zum Beispiel Kabel oder Drähte angeschlossen werden sollen. Für diese Anwendung ist ein schnelles und einfaches Verbinden des elektrischen Leiters vorteilhaft, wobei der elektrische und mechanische Kontakt stabil und zuverlässig sein sollte.
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Bei einer Weiterbildung ist das Federelement in der Öffnungsstellung stärker gespannt als in der Klemmstellung. So muss eine externe Kraft aufgewendet werden, um das Federelement und das Kontaktelement ausgehend von der Klemmstellung in die Öffnungsstellung zu versetzten. Bevorzugt ist, dass die Rückstellkraft des Federelements in Richtung der Klemmstellung wirkt. Dies kann vorteilhaft sein, damit die Klemmwirkung in der Klemmstellung durch die Rückstellkraft eine höhere Zuverlässigkeit erhält. Weiter ist so nur ein Kraftaufwand zum Lösen der Klemmwirkung notwendig. In bevorzugter Weise kann ein Kraftaufwand über das Schiebeelement direkt oder indirekt auf das Federelement und/oder das Kontaktelement übertragen werden. Besonders bevorzugt führt ein Positionswechsel des Schiebeelements zu einer Änderung der Federspannung des Federelements.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das Schiebeelement zwischen einer ersten und einer zweiten Schiebestellung verschiebbar, wobei es so mit dem Federelement gekoppelt ist, dass das Federelement und das Kontaktelement in der ersten Schiebestellung die Öffnungsstellung und in der zweiten Schiebestellung die Klemmstellung einnehmen. Das Schiebeelement kann außer der ersten und der zweiten Schiebestellung weitere Schiebestellungen einnehmen, so dass es das Federelement in weitere Spannungszustände versetzten kann.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Fensterbereich in einem Fensterabschnitt des Federelements angeordnet. Das Federelement ist so mit dem Schiebeelement gekoppelt, dass der Fensterabschnitt bei Bewegung des Schiebeelements zwischen der ersten und der zweiten Schiebestellung eine Linearbewegung vollzieht, welche zu der Bewegungsrichtung des Schiebeelements abgewinkelt ist.
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Dabei kann der Fensterabschnitt ein beliebiger Bereich des Federelements sein, beispielsweise ein Endbereich des Federelements oder ein zwischen den Enden des Federelements liegender Bereich. Besonders bevorzugt befindet sich der Fensterabschnitt nahe eines freien Endes des Federelements.
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Das Schiebeelement kann eine Verschiebungsbewegung vollziehen, welche in eine beliebige Richtung auf beliebigem Wege, beispielsweise gekrümmt oder linear, verläuft. Bevorzugt ist, dass die Verschiebungsbewegung definiert und bei einem wiederholten Wechsel zwischen erster und zweiter Schiebestellung den gleichen Verschiebungsweg beschreibt. Die Linearbewegung des Fensterabschnitts bildet mit der Verschiebungsbewegung einen Winkel, welcher vorzugsweise zwischen 40° und 140°, weiter bevorzugt zwischen 45° und 1350, besonders bevorzugt zwischen 70° und 100° liegt. Auf diese Weise wird der Kraftaufwand zum Verschieben des Schiebeelements umgelenkt. Vorteilhaft kann die Kraftumlenkung für die Bauform des Verbindungselements sein, da statt einer langgestreckten eine kompakte Bauform erzielt werden kann.
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Gemäß einer Weiterbildung weist das Federelement mindestens einen Fixierabschnitt und einen Rampenabschnitt auf. Dabei ist der Rampenabschnitt gegenüber dem Kontaktelement unter einem Winkel angeordnet. Bevorzugt ist der Fixierabschnitt an einem Ende des Federelements angeordnet. Der Fixierabschnitt ist dazu ausgelegt, das Federelement zu befestigen, beispielsweise an einem Gehäuseteil oder an dem Kontaktelement. Der Rampenabschnitt ist so angebracht, dass er einen Winkel mit dem Kontaktelement einschließt, welcher bevorzugt spitz ist. In der Klemmstellung liegt der Winkel bevorzugt zwischen 15° und 60°, besonders bevorzugt zwischen 15° und 45°. Beispielsweise können das Kontaktelement und/oder der Rampenbereich eine Krümmung aufweisen, so dass der Winkel entlang der Rampe variieren kann.
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Eine bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass der Fensterbereich in einem vom Rampenabschnitt abgewinkelten Fensterabschnitt angeordnet ist. Bevorzugt ist bei dieser Ausführungsform ein spitzer Winkel. Besonders bevorzugt ist ein Winkel zwischen 30° und 90°. Besonders bevorzugt ist der Winkel zwischen dem Kontaktelement und dem Fensterabschnitt zwischen 80° und 100°.
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Bei einer weiteren Ausführungsform ist das Schiebeelement so gegen den Rampenbereich schiebbar angeordnet, dass der Winkel zwischen dem Rampenbereich und dem Kontaktelement abhängig von der Schiebestellung des Schiebelements veränderlich ist. Dieser Winkel unterschiedet sich somit in der ersten Schiebestellung von demjenigen in der zweiten Schiebestellung. Das Schiebeelement kann dazu direkt oder indirekt gegen den Rampenbereich schiebbar angerordnet sein, vorzugsweise direkt. Besonders bevorzugt fährt das Schiebeelement so gegen den Rampenbereich, dass dieser in Richtung des Kontaktelements gedrückt wird. Dabei kann das Federelement gespannt werden. Bei Bewegung in die zweite Schiebestellung verfährt das Schiebeelement so, dass der Druck auf den Rampenbereich verringert wird und sich so der Winkel zwischen dem Kontaktelement und dem Rampenbereich vergrößert.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform bilden das Kontaktelement und der Rampenbereich in der Klemmstellung einen ersten Winkel und in der Öffnungsstellung einen zweiten Winkel, wobei der erste Winkel größer als der zweite Winkel ist. Dabei ist das Federelement, welches den Rampenbereich umfasst, in der Öffnungsstellung bevorzugt in einem stärker gespannten Zustand als in der Klemmstellung. So bilden das Kontaktelement und der Rampenbereich einen kleineren Winkel bei stärkerer Spannung des Federelements.
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Bei einer bevorzugten Weiterbildung verläuft das Kontaktelement mindestens zum Teil durch den Fensterbereich. Das Kontaktelement kann dabei in dem Fensterbereich enden oder durch das Fenster hindurch verlaufen und außerhalb enden. Für eine kompakte Bauform kann es vorteilhaft sein, wenn das Kontaktelement auf einer Seite in das Fenster hinein verläuft und auf der anderen Seite endet, so dass es nicht über das Fenster hinaus vorsteht. Bevorzugt kann es sein, dass die Breite des Kontaktelements die Breite des Fensters ausfüllt.
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Das Verbindungselement ist vorzugsweise mindestens teilweise von einem Gehäuse umgeben. Das Gehäuse kann rund oder eckig und der Anwendungsumgebung angepasst sein. Um eine einfache Konstruktion zu gewährleisten, ist das Gehäuse bevorzugt quaderförmig gestaltet. Es kann aus einem Material bestehen, welches beispielsweise die Bauteile gegenüber Umwelteinflüssen schützt und dazu eine hohe Robustheit aufweist. Zudem ist das Material vorzugsweise elektrisch isolierend. Beispielsweise kann hier ein Kunststoff gewählt werden. Bevorzugt ist der Kunststoff glasfaserverstärkt, um seine Robustheit zu erhöhen. Zum einen kann es vorteilhaft sein, dass das Gehäuse die innen liegenden Bauteile einschließt, um sie vor Umwelteinflüssen zu schützen. Zum anderen kann es bevorzugt sein, einige Bauteile teilweise oder vollständig von außen zugänglich zu arrangieren, Aussparungen in dem Gehäuse bereitzustellen oder Bauteile außerhalb des Gehäuses anzubringen, damit Funktionen wie Kontaktierung und Betätigung gewährleistet sein können.
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Bei einer weiteren Ausführungsform ist das Gehäuse mit einer Gehäuseöffnung versehen, wobei die Gehäuseöffnung in der Öffnungsstellung mindestens teilweise mit der Einführöffnung fluchtet. Die Gehäuseöffnung kann beispielsweise eine runde oder eckige Materialaussparung in dem Gehäuse sein. In der Öffnungsstellung können die Gehäuseöffnung und die Einführöffnung so zueinander angeordnet sein, dass die Einführöffnung von außen frei zugänglich ist und nicht vollständig von dem Gehäuse verschlossen wird. Bevorzugt weist die Gehäuseöffnung die gleichen oder größere Maße auf als die Einführöffnung, so dass die Einführöffnung in der Öffnungsstellung vollständig frei liegt. Weiter bevorzugt ist die Gehäuseöffnung trichterförmig ausgestaltet, so dass sie sich von der äußeren Gehäusewand zur inneren hin verjüngt. Die verjüngte Form kann ein Einführen des Leiterelements vereinfachen. Vorteilhaft kann die fluchtende Anordnung sein, um das Leiterelement in die Einführöffnung einführen zu können, ohne dabei von einer Gehäusewand gehindert zu werden. Gleichzeitig kann das Gehäuse weiterhin seinen Schutz für die innen liegenden Bauteile bereitstellen.
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Gemäß einer Weiterbildung umfasst das Verbindungselement ein Gehäuse mit mindestens einer ebenen Außenfläche. Ein Betätigungsabschnitt des Schiebeelement ist mindestens zum Teil in einer Vertiefung des Gehäuses angeordnet. Der Betätigungsabschnitt des Schiebeelements kann mit dem Schiebeelement fest verbunden oder bevorzugt einstückig ausgestaltet sein. Er kann vorzugsweise so angeordnet sein, dass durch ihn das Schiebeelement von außen betätigbar ist. Dazu kann es beispielsweise in einer Griffform ausgestaltet sein.
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Der Betätigungsabschnitt kann so in der Vertiefung angeordnet sein, dass er vollständig von dieser aufgenommen wird, oder dass er über die Außenwand des Gehäuses hervorsteht.
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Vorzugsweise ist er dabei frei von außen zugänglich angebracht, so dass einem Nutzer eine einfache Betätigung gewährleistet ist. Bevorzugt kann das übrige Schiebeelement im Inneren des Gehäuses angeordnet sein.
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Eine ebene Außenfläche des Gehäuses bietet zum einen eine einfache Konstruktion und zum anderen weisen diverse andere Bauelemente ebene Flächen auf, so dass eine Anordnung nebeneinander unkompliziert realisierbar sein kann. Bevorzugt hat das Gehäuse mindestens zwei ebene Außenflächen, die sich gegenüberliegen. Weiter bevorzugt sind die ebenen Flächen parallel zueinander und besonders bevorzugt ist das Gehäuse im Wesentlichen quaderförmig.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform liegt eine Außenfläche des Betätigungsabschnitts in einer Ebene mit der Außenfläche des Gehäuses.
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Der Betätigungsabschnitt kann so in einer Vertiefung des Gehäuses liegen und so versenkt sein, dass seine Außenfläche mit der des Gehäuses fluchtet. Dabei kann die Tiefe der Vertiefung vorteilhafter Weise der Höhe des Betätigungsabschnitts entsprechen. Vorteilhaft kann es für die Handhabung des Verbindungselements sein, dass die ebene Flächen des Gehäuses weder durch Einsinken noch durch Hervorstehen des Betätigungsabschnitts unterbrochen werden.
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Bei einer bevorzugten Weiterbildung ist das Federelement mindestens zum Teil zwischen dem Kontaktelement und dem Schiebeelement angeordnet. So kann es mit diesen beiden Elementen in Kontakt stehen. Bevorzugt ist das Federelement an dem Kontaktelement fixiert, während das Schiebeelement gegenüber dem Federelement beweglich ist. Bevorzugt ist zudem, dass das Kontaktelement und das Schiebeelement parallel zueinander angeordnet sind. Weiter bevorzugt ist das Schiebeelement dazu ausgelegt, in der Öffnungsstellung weiter über das Federelement geschoben zu sein und somit mehr Fläche des Federelements zu bedecken als in der Klemmstellung.
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In vorteilhaften Ausführungen besteht das Kontaktelement aus Platin, Nickel, Kupfer, Eisen oder einer Legierung dieser Metalle. Besonders bevorzugt sind die Materialien Nickel, eine Nickel-Chrom-Legierung, eine Nickel-Chrom-Silizium-Legierung, eine Nickel-Silizium-Legierung, Eisen oder eine Kupfer-Nickel Legierung. Vorteilhaft einsetzbar sind diese Materialien bei Temperaturfühlern. Besonders bevorzugt bestehen das Kontaktelement und das Leiterelement aus dem gleichen Material.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung besteht das Federelement aus einem anderen Material als das Kontaktelement. Vorteilhaft kann ein nicht rostendes Material sein, das robust gegenüber Feuchtigkeit ist. Weiter bevorzugt kann das Federelement eine geringere elektrische Leitfähigkeit als das Kontaktelement zeigen. So ist das Material des Federelements für eine mechanische Verbindung und das Material des Kontaktelements für eine elektrische Verbindung ausgelegt.
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Es kann vorteilhaft sein, dass das Kontaktelement und das Federelement doppelt ausgeführt sind, wobei ein Schiebeelement beide Federelemente und beide Kontaktelemente zueinander verstellen kann.
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In einer bevorzugten Ausführungsform des Verbindungselements sind ein erstes und ein zweites Kontaktelement vorgesehen, wobei das erste und das zweite Kontaktelement aus unterschiedlichen Materialien bestehen. Auf diese Weise kann ein mehrpoliges Verbindungselement realisiert werden. Es kann beispielsweise vorteilhaft sein, um einen positiven und einen negativen Pol für einen ersten und einen zweiten elektrischen Leiter bereitzustellen. Zudem kann die unterschiedliche Materialwahl vorteilhaft sein, um beispielsweise einen Temperaturfühler anzuschließen, welcher zwei Leiterelemente unterschiedlicher Materialien umfasst. Besonders bevorzugt bestehen je ein Leiterelement des Temperaturfühlers und je ein Kontaktelement aus dem gleichen Material. Vorteilhaft kann es sein, wenn das erste Kontaktelement aus Eisen und das zweite aus einer Kupfer-Nickel-Legierung besteht. Ebenso vorteilhaft kann das erste Kontaktelement aus Nickel und das zweite aus einer Nickel-Chrom-Legierung gefertigt sein.
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Bei einer weiteren Ausführungsform ist eine Öffnung in einer Außenfläche des Gehäuses vorgesehen. Bevorzugt befindet sich in zwei gegenüberliegenden Außenflächen des Gehäuses jeweils eine Öffnung, die fluchtend angeordnet sind. Weiter bevorzugt sind zwischen den zwei fluchtenden Öffnungen keine Bauteile im Inneren des Gehäuses angebracht, so dass zwischen ihnen ein freier Bereich verbleibt. In vorteilhafter Weise kann beispielsweise eine Stange durch beide Öffnungen hindurch und somit das Gehäuse durchquerend geschoben werden. Während diese Ausführungsform ein erstes Verbindungselement darstellt, kann bevorzugt die Stange so lang sein, dass sie ein zweites Gehäuse eines zweiten Verbindungselements durchqueren kann. Auf diese Weise können das erste, das zweite und gegebenenfalls weitere Verbindungselemente präzise nebeneinander arrangiert werden, so dass ihre relativen Verschiebungen zueinander eingeschränkt werden.
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Das Verbindungselement bietet eine verlässliche Klemmwirkung. Diese Eigenschaft ist beispielsweise für die Realisierung eines Steckers oder einer Buchse vorteilhaft, an die zum Beispiel ein Kabel angeschlossen werden kann. Für diesen Fall ist ein beständiges und sicheres Festklemmen des Kabels vorteilhaft und bevorzugt werden nur zum Lösen der elektrischen Verbindung das Federelement und das Kontaktelement entgegen der Rückstellkraft in die Öffnungsstellung versetzt. Die bevorzugten Realisierungen als Stecker oder Buchse unterschieden sich im Wesentlichen in der Form des Kontaktelements. Während das Kontaktelement für einen Stecker nicht vollständig durch das Gehäuse eingeschlossen ist, liegt das Kontaktelement einer Buchse vollständig im Inneren des Gehäuses.
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Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verbindungselements wird nachstehend mit Bezug auf Zeichnungen näher erläutert. Die Figuren zeigen:
- 1 eine perspektivische Ansicht eines ersten Ausführungsbeispiels eines Verbindungselements,
- 2 eine Explosionszeichnung des Verbindungselements gemäß 1,
- 3a - 3d eine Schnittdarstellung verschiedener Stellungen eines Kontaktelements, eines Federelements und eines Schiebeelements in Seitenansicht,
- 4 eine Schnittdarstellung eines Kontaktelements und eines Federelements in vergrößerten Seitenansicht,
- 5a eine perspektivische Ansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels eines Verbindungselements,
- 5b eine Explosionszeichnung des Verbindungselements gemäß 5a.
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1 zeigt einen Steckverbinder 10 als eine erste Ausführungsform eines Verbindungselements in perspektivischer Ansicht.
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Der Steckverbinder 10 umfasst ein Gehäuse 12, welches aus einem unteren Gehäuseteil 14 und einem Deckelelement 16 zu einem geschlossenen Quader zusammengesetzt wird. Das Gehäuse 12 hat an einer Vorderwand 18 zwei Gehäuseöffnungen 20a, 20b. Die Gehäuseöffnungen sind trichterförmig ausgestaltet und verjüngen sich von der äußeren Gehäusewand hin zur inneren. An den oberen Enden beider Gehäuseöffnungen endet jeweils ein stabförmiges Kontaktelement 22a, 22b. Unter den Kontaktelementen 22a, 22b sind die Gehäuseöffnungen 20a, 20b kreisförmig und frei zugänglich.
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Aus der gegenüberliegende Rückwand ragen die gegenüberliegenden Enden der Kontaktelemente 22a, 22b heraus.
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Das Deckelelement 16 hat zwei Einkerbungen 17a, 17b an seinen zwei Längsseiten. Innerhalb dieser Einkerbungen 17a, 17b sind zwei Griffe 36a, 36b eines Schiebeelements 24 angeordnet. Die Griffe 36a, 36b füllen die Länge der Einkerbungen 17a, 17b nicht vollständig aus, so dass sie entlang dieser verschiebbar sind.
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2 zeigt den inneren Aufbau des Steckverbinders 10. Zwischen den Gehäuseteilen 14, 16 befinden sich die zwei Kontaktelemente 22a, 22b, zwei Federelemente 30a, 30b und ein Schiebeelement 24.
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Über den beiden Kontaktelementen 22a, 22b befinden sich die Federelemente 30a, 30b, über denen gemeinsam das Schiebeelement 24 angeordnet ist. Dabei ist jeweils auf einem Kontaktelement 22a, 22b ein Federelement 30a, 30b angeordnet. Jedes Federelement besteht aus einem gebogenen Flachstahl, welcher in drei Abschnitte unterteilt ist. An einem Ende befindet sich ein zu den Kontaktelementen 22a, 22b paralleler Fixierabschnitt 33a, 33b. Daran schließt ein Rampenabschnitt 31a, 31b an, dessen Abstand zum Kontaktelement 22a, 22b sich im Verlauf vom Fixierabschnitt 33a, 33b weg vergrößert und der so mit dem Kontaktelement 22a, 22b einen Winkel β einschließt (s. 4). Der Winkel β beträgt in der gezeigten Stellung ungefähr 20°. Das freie Ende des Federelements 30a, 30b umfasst den dritten Abschnitt, einen Fensterabschnitt 32a, 32b, in welchem ein rechteckiges Fenster 34a, 34b angebracht ist. Der Fensterabschnitt 32a, 32b ist in dem gezeigten Beispiel unter einem Winkel γ von circa 70° vom Rampenabschnitt 31a, 31b abgewinkelt. Die untere, zu den Kontaktelementen parallele Kante des Fensters ist eine Klemmkante 35a, 35b.
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Je ein Federelement 30a, 30b ist mit seinem Fixierabschnitt 33a, 33b an jeweils einem Kontaktelement 22a, 22b mittel je einer Schraube 26a, 26b und einer Mutter 28a, 28b befestigt.
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Über den Federelementen 30a, 30b ist beweglich das Schiebelement 24 angeordnet, so dass es Bereiche beide Federelemente 30a, 30b gleichzeitig abdecken kann. Das Schiebeelement 24 umfasst einen Schiebeabschnitt, welcher in Richtung des Rampenabschnitts zeigt. An den beiden zu den Kontaktelementen parallel verlaufenden Seiten befindet sich jeweils ein Griff 36a, 36b. Das Schiebeelement 24 ist ein durchgängiges Bauteil, so dass es mit den Griffen 36a, 36b und dem Schiebeabschnitt eine Einheit bildet und einstückig gefertigt ist.
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Der Steckverbinder 10 umfasst zwei separate Kontakteinheiten aus jeweils einem Kontaktelement 22a, 22b, einem Federelement 30a, 30b und einem von beiden Kontakteinheiten geteilten Schiebeelement 24. Beide Kontakteinheiten sind gleich aufgebaut und zeigen die gleiche Funktionsweise. Im Folgenden wird nun eine erste der beiden Kontakteinheiten beschrieben.
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3a bis 3d zeigen die erste Kontakteinheit umfassend ein erstes der beiden Kontaktelemente 22a, ein erstes der beiden Federelemente 30a und das Schiebeelement 24.
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Das Schiebeelement 24 kann verschoben werden zwischen einer ersten und einer zweiten Schiebestellung. Die erste Schiebestellung realisiert die Öffnungsstellung und die zweite Schiebestellung die Klemmstellung, um ein Leiterelement 38 zu befestigen.
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3a zeigt das Schiebeelement 24 in seiner rechten Anschlagsposition, welche die zweite Schiebestellung ist. Die vordere Kante 37 des Schiebeelements 24 liegt mittig auf der Rampe 31a des Federelements 30a auf. Das Kontaktelement 22a liegt an der Klemmkante 35a, 35b des Fensters 34a an und zwischen ihnen wirkt eine Klemmkraft, da sich das Federelement 30a in einem vorgespannten Zustand befindet. Das Federelement 30a und das Kontaktelement 22a befinden sich somit in einer Klemmstellung.
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3b zeigt die erste Schiebestellung, in die das Schiebeelement 24 durch ein Verschieben in Pfeilrichtung in die linke Anschlagsposition gebracht werden kann. In der ersten Schiebestellung ist das Schiebeelement 24 weiter nach vorne in Richtung des Fensters 34a verschoben ist. Die vordere Kante 37 des Schiebeelements 24 liegt am oberen Ende der Rampe 31a an. Da der Abstand zwischen der vorderen Kante des Schiebeelements 24 und dem Kontaktelement 22a konstant bleibt, ist der Fensterabschnitt 32a im Vergleich zu 3a, entgegen der Rückstellkraft des Federelements 30a, nach unten gedrückt. Dabei stehen die Bewegung des Fensterabschnitts 32a, 32b und die des Schiebeelements 24 unter einem Winkel α (s. 4) zueinander, welcher zumindest näherungsweise 90° beträgt. Die Bewegung des Schiebelements 24 wird somit in etwa rechtwinklig umgelenkt. Gleichzeitig wird der Winkel β des Rampenabschnitts gegenüber der zweiten Schiebestellung spitzer. Dies hat zur Folge, dass die Klemmkante 35a nicht mehr an dem Kontaktelement 22a, welches unbeweglich geblieben ist, anliegt, sondern zu diesem beabstandet ist. So verbleibt innerhalb des Fensters 34a ein freier Bereich zwischen dem Kontaktelement 22a und der Klemmkante 35a, der als Einführöffnung für einen elektrischen Leiter 38 (3c) dienen kann. Das Federelement 30a und das Kontaktelement 22a befinden sich somit in einer Öffnungsstellung.
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3c zeigt ebenfalls die erste Schiebestellung. Das Federelement und das Kontaktelement 22a, 22b befinden sich weiterhin in der Öffnungsstellung. Zu der in 3b gezeigten Anordnung, ist ein elektrischer Leiter 38 gezeigt, welcher in Pfeilrichtung zwischen der Klemmkante 35a und dem Kontaktelement 22a von außen kommend in das Fenster 34a eingeführt wird.
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In 3d ist das Schiebeelement 24 in Pfeilrichtung zurück in die zweite Schiebestellung verschoben worden. Dadurch liegt die vordere Kante 37 des Schiebeelements wieder mittig auf der Rampe 31a an, so dass sich der Winkel β vergrößert und das Fenster 34a nicht mehr nach unten gedrückt wird. Durch die Federkraft des Federelements 30a drückt die Klemmkante 35a, 35b den elektrischen Leiter 38 gegen das Kontaktelement 22a.
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Die in 3a - 3d und in 4 dargestellten Öffnungs- und Klemmstellung kommen für den Steckverbinder 10 zum Einsatz. In dem Steckverbinder 10 sind zwei der Kontakteinheiten vorhanden, so dass zwei elektrische Leiter 38 angeschlossen werden können.
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In der Öffnungsstellung sind die Griffe 36a, 36b des Schiebeelements 24 in Richtung der Vorderwand 18 verschoben (zweite Schiebestellung). Dadurch werden die Federelemente 30a, 30b so durch die innen liegende Schiebekante 37 des Schiebeelements 24 nach unten gedrückt, dass die Fenster 34a, 34b mit den Einführöffnungen im Gehäuse 12 des Steckverbinders 10 fluchten und in jede Einführöffnung ein elektrischer Leiter 38 eingeführt werden kann. Werden anschließend die Griffe 36a, 36b des Schiebeelements 24 in Richtung der Rückwand geschoben (erste Schiebestellung), so bewegen sich die Fenster 34a, 34b durch die Rückstellkraft der Federelemente 30a, 30b nach oben. Die eingeführten elektrischen Leiter 38 werden dann zwischen den Klemmkanten 35 und den Kontaktelementen 22a, 22b eingeklemmt. Auf diese Weise sind die elektrischen Leiter 38 mechanisch sicher verbunden und stehen mit den Kontaktelementen 22a, 22b im elektrischen Kontakt.
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Dabei bestehen im dargestellten Beispiel die Kontaktelemente 22a, 22b aus unterschiedlichen Materialien. Das erste Kontaktelement 22a besteht aus Nickel, während das zweite Kontaktelement 22b aus einer Nickel-Chrom-Legierung gefertigt ist. So können die elektrischen Leiter 38 eines Thermoelements vom Typ K an das Kontaktelement angeschlossen werden, ohne dass ein Materialübergang an der Verbindungsstelle besteht.
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In weiteren Ausführungsformen des Steckverbinders 10 können die Kontaktelemente 22a, 22b aus anderen Materialpaaren hergestellt werden, so dass Thermoelemente weiterer Typen angeschlossen werden können. Beispielsweise kann das erste Kontaktelement 22a aus einer Nickel-Chrom-Silizium-Legierung und das zweite Kontaktelement 22b aus einer Nickel-Silizium-Legierung bestehen, um ein Thermoelements des Typs N anschließen zu können. Weiter kann das erste Kontaktelement 22a aus Eisen und das zweite Kontaktelement 22b aus eine Kupfer-Nickel-Legierung bestehen, so dass ein Thermoelement des Typs J mit dem Steckverbinder 10 in Verbindung gebracht werden kann.
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5a und 5b zeigen eine zweite Ausführungsform eines Steckverbinders 40. Der Steckverbinder 40 gemäß der zweiten Ausführungsform ist in der gleichen Weise aufgebaut wie der Steckverbinder 10 der ersten Ausführungsform und unterscheidet sich lediglich durch eine zusätzliche Zugentlastungsfunktion. Während der Steckverbinder 10 gemäß der ersten Ausführungsform zwei elektrische Leiter 38 elektrisch anschließt und mechanisch fixiert, bietet die zweite Ausführungsform 40 mit der Zugentlastung eine zusätzliche Minderung mechanischer Beanspruchung der elektrischen Leiter 38 und der Anschlussstellen. Realisiert wird die Zugentlastung durch einen Deckelfortsatz 42, der über die Vorderwand 18 hervorsteht. Der Deckelfortsatz 42 überdeckt den Übergang, an dem die elektrischen Leiter 38 in das Innere des Gehäuses 12 übergehen. Der vordere Teil des Deckelfortsatzes 42 ist als Halbschelle 44 ausgebildet. Wird nun bspw. ein Kabel 48 mit zwei elektrischen Leitern 38 an den Steckverbinder angeschlossen, so legt sich die Halbschelle 44 stabilisierend um die obere Hälfte des Kabels 48. Um die Halbschelle 44 und das Kabel 48 herum ist eine Klemme 46 angebracht, welche das Kabel 38 in der Halbschelle 44 hält und eine zusätzlich mechanische Stabilisierung verschafft. So halten die Halbschelle 44 und die Klemme 46 das Kabel 48 auch außerhalb des Gehäuses 12 in einer gewünschten Position und mindern mechanische Beanspruchungen, insbesondere einwirkende Zugkräfte.
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Diese Ausführungsform umfasst bereits die Halbschelle 44 als Bestandteil des Gehäuses 12, so dass lediglich die Klemme 46 als zusätzliches Bauteil eingesetzt und montiert werden muss. Eine Kombination aus Gehäuse 12 und Halbschelle 44 bietet zum einen eine hohe Stabilität gegenüber mechanischer Beanspruchung. Zum anderen entfällt die Montage einer separaten Schelle, so dass diese Ausführungsform eine zeiteffiziente und präzise Realisierung der Zugentlastungsfunktion bereitstellt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 202009007573 U1 [0004]
