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Die Erfindung betrifft ein Relais mit einer Kontaktfeder gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und eine Kontaktfeder gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 10.
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Elektromagnetische Relais werden in verschiedensten technischen Bereichen, insbesondere in der Kraftfahrzeugtechnik eingesetzt, um verschiedene Schaltaufgaben zu übernehmen. Dabei werden die elektrischen Relais beispielsweise dazu eingesetzt, um große Ströme durch kleine Ströme zu schalten oder um mehrere elektrische Verbindungen gleichzeitig durch ein einziges Steuersignal herzustellen. In der Automobilindustrie werden die Relais eingesetzt, um beispielsweise konventionelle Systeme, wie die hydraulische Lenkung durch elektrische Systeme zu ersetzen, bei denen elektrische Schalter eingesetzt werden, die beispielsweise zum Abschalten eines 3-Phasen-Motors verwendet werden. Da die Komplexität der elektrischen Schaltungen im Kraftfahrzeug zunimmt, ist es wünschenswert, dass ein Relais mehrere elektrische Leitungen gleichzeitig schalten kann.
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Aus WO 2003 / 052 783 A1 ist ein elektromagnetisches Relais mit einer dreifachen Kontaktbrücke bekannt, über die drei Gegenkontakte elektrisch leitend miteinander verbunden werden können. Das Relais weist eine Magnetspule mit einem federnd gehalterten Anker auf, an dem die Kontaktbrücke befestigt ist. In Abhängigkeit von der Bestromung des Elektromagneten wird der Anker auf den Pol des Eisenkerns der Magnetspule gezogen und dabei die Kontaktbrücke auf die Gegenkontakte gedrückt. Die Kontaktbrücke ist innerhalb eines Rahmens über Torsionsstege gehaltert, wobei der Rahmen am Anker befestigt ist.
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Aus
DE 16 14 837 A ist ein Relais mit Spulen bekannt, bei dem mehrere Kontaktbrücken mittels eines Ankers gleichzeitig geschaltet werden können.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein verbessertes elektromagnetisches Relais und eine verbesserte Kontaktfeder für ein elektromagnetisches Relais bereitzustellen.
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Die Aufgabe der Erfindung wird durch das elektromagnetische Relais gemäß Patentanspruch 1 und durch die Kontaktfeder gemäß Patentanspruch 10 gelöst. Die erfindungsgemäße Kontaktfeder und das erfindungsgemäße Relais weisen den Vorteil auf, dass zwei Leitungsverbindungen gleichzeitig durch ein Relais geschaltet werden können und zudem die Kontaktfeder und damit auch das Relais trotzdem kompakt aufgebaut sind. Dieser Vorteil wird dadurch erreicht, dass zwei getrennte Federteile in einem Halteblock aus einem isolierenden Material gehaltert sind und jedes Federteil eine Kontaktbrücke trägt. Der Halteblock steht in Wirkverbindung mit dem Anker, so dass durch eine Betätigung des Ankers zwei voneinander isolierte Kontaktbrücken gleichzeitig bewegt werden.
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Erfindungsgemäß ist eine Kontaktbrücke über einen Federsteg mit dem Halteblock verbunden. Diese Ausführungsform bietet den Vorteil, dass der Federsteg eine geringe Wärmeleitfähigkeit aufweist und dadurch die in der Kontaktbrücke entstehende Wärme nicht auf den Halteblock übertragen wird. Zudem ermöglicht der Federsteg einen Spannungs- und Lageausgleich.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist das erste Federteil, das die erste Kontaktbrücke trägt, zwei Torsionsstege auf, die mit zwei Rahmenteilen verbunden sind. Die zwei Rahmenteile sind am Anker befestigt. Durch die Torsionsstege ist eine Ausgleichslagerung der ersten und der zweiten Kontaktbrücke gegeben.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die Rahmenteile zwischen den Gegenkontakten und den zwei Kontaktbrücken angeordnet. Zudem sind im Randbereich der Kontaktbrücken Auflagebereiche der Rahmenteile vorgesehen, auf denen die Kontaktbrücken beim Abheben von den Gegenkontakten zur Anlage kommen kann. Auf diese Weise ist eine stabile Lage der Kontaktbrücken beim Abheben von den Gegenkontakten gegeben. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn die Kontaktbrücken an den Gegenkontakten haften.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die zwei Rahmenteile einstückig in Form eines U-förmigen Rahmens ausgebildet und die zwei Schenkel des Rahmens sind mit den Torsionsstegen verbunden und einstückig ausgeführt. Zudem dienen die Enden der Schenkel als Auflage der zweiten Kontaktbrücke des zweiten Federteils. Auf diese Weise wird eine robuste und kompakte Form der Kontaktfeder bereitgestellt.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die zwei Rahmenteile an dem Anker befestigt. Zudem ragen die Enden der Rahmenteile über den Anker hinaus und dienen als Auflage für die zweite Kontaktbrücke.
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Vorzugsweise ist in einer Bodenplatte des Relais, in dem die Gegenkontakte in Öffnungen eingebracht sind, ein Aufnahmebereich ausgebildet, der zur Aufnahme eines Teiles des Halteblockes dient. Auf diese Weise wird trotz der Anordnung des Halteblockes ein relativ kompakter Aufbau des Relais ermöglicht.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die Auflagebereiche der Kontaktbrücken, die zur Auflage an den Rahmenteilen vorgesehen sind, in Bezug auf die Gegenkontakte höher angeordnet als die Kontaktbereiche der Kontaktbrücken. Auf diese Weise wird eine kompakte Bauform des Relais ermöglicht. Vorzugsweise ist der Halteblock aus einem Kunststoff, insbesondere einem Polymer, insbesondere aus einem FlüssigKristall-Polymer hergestellt.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist das erste Federteil, die Torsionsstege und die Rahmenteile aus Federstahl einteilig ausgebildet. Durch diese Ausbildungsform ist eine einfache und kostengünstige Herstellung gegeben.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:
- 1 eine perspektivische Darstellung eines elektromagnetischen Relais mit Blick auf den Anker und den Halteblock;
- 2 eine zweite perspektivische Darstellung des elektromagnetischen Relais mit Blick auf die Haltefeder mit der der Anker am Relais gehaltert ist;
- 3 eine perspektivische Darstellung einer Bodenplatte mit Gegenkontakten und einem Teil des elektromagnetischen Relais;
- 4 einen Rahmen mit einer Kontaktfeder und zwei Kontaktbrücken;
- 5 den Rahmen und die Kontaktfeder von der Unterseite;
- 6 den Rahmen mit Kontaktfeder ohne Kontaktbrücken; und
- 7 eine zweiteilige Kontaktfeder mit einem U-förmigen Rahmen.
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1 zeigt in einer perspektivischen Darstellung ein elektromagnetisches Relais 1 mit einer Spule 13, in die ein Magnetkern 14 eingesteckt ist, der mit einem ersten Ende aus der Spule 13 herausragt und einen Magnetpol 15 darstellt. Über dem Magnetpol 15 ist eine Ankerpolfläche 16 angeordnet, die Teil eines Ankers 17 ist. Der Anker 17 ist auf beiden Seiten der Magnetspule 13 bis auf die gegenüberliegende Seite der Magnetspule 13 geführt und über eine Rückstellfeder 18 federnd an der Spule 13 gehaltert. Der Anker 17 weist zwei Längsplatten 19 auf, die auf einer Seite der Spule 13 über ein Ankerlager 20 und auf der gegenüberliegenden Seite der Spule 13 über die Ankerpolfläche 16 miteinander verbunden sind. Das Ankerlager 20 ist im Wesentlichen parallel zur Ankerpolfläche 16 angeordnet. Der Anker 17 ist über die Rückstellfeder 18 an einem zweiten Ende des Magnetkerns 14 befestigt.
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Das Relais 1 weist eine Sockelplatte 21 auf, in der Steueranschlüsse 22 für die Spule 13 und Leitungsanschlüsse 23 für Gegenkontakte 24 (3) eingebracht sind.
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Zwischen dem Magnetpol 15 und der Sockelplatte 21 ist ein Halteblock 8 angeordnet. Der Halteblock 8 trägt die Kontaktfeder 2 (3) und ist mit einem ersten und einem zweiten Rahmenteil 31, 32 verbunden, die mit jeweils einer Längsplatte 19 des Ankers 17 verbunden sind.
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2 zeigt das Relais 1 von einer Ansicht, bei der die Rückstellfeder 18 deutlich erkennbar ist. Die Rückstellfeder 18 ist in gegenüber liegenden Seitenbreichen jeweils mit einer Längsplatte 19 im unteren Endbereich befestigt und weist eine Torsionsplatte 27 auf, die über Torsionselemente kippbar gehaltert ist. Die Torsionsplatte 27 ist am zweiten Ende des Magnetkerns 14 befestigt, so dass der Anker 17 über die Torsionsplatte 27 in einer Achse senkrecht zur Längsrichtung des Magnetkerns 14 schwenkbar gehaltert ist.
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In Abhängigkeit von der Bestromung der Spule 13 wird die Ankerpolfläche 16 an den Magnetpol 15 gezogen. Dabei werden die Längsplatten 19 des Ankers 17 ebenfalls nach unten geschwenkt, so dass die Kontaktfeder 2 mit dem Halteblock 8 ebenfalls nach unten in Richtung auf die Gegenkontakte 24 gedrückt wird.
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3 zeigt in einer perspektivischen Darstellung die Sockelplatte 21 und den Anker 17 mit der Spule 13 und die Kontaktfeder 2 vor der Montage. In der Sockelplatte 21 sind vier Öffnungen 28 eingebracht, in denen vier Gegenkontakte 24 angeordnet sind. Jeder Gegenkontakt 24 ist mit einem Leitungsanschluss 23 elektrisch leitend verbunden. Die vier Gegenkontakte sind an vier Eckpunkten eines Quadrates angeordnet und in der Mitte des Quadrates ist eine Vertiefung 29 in der Sockelplatte 21 ausgebildet.
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Die Kontaktfeder 2 weist einen U-förmigen Rahmen 30 auf, der zwei parallele Rahmenteile 31, 32 aufweist, die über ein Verbindungsteil 33 miteinander verbunden sind. Die zwei Rahmenteile 30, 31 sind parallel zu den zwei Längsplatten 19 angeordnet und an der Unterkante der jeweiligen Längsplatte 19 befestigt. Der Halteblock 8 ist über zwei Torsionsstege 34, 35 mit den Rahmenteilen 30, 31 verbunden. Mit dem Halteblock 8 ist eine erste und eine zweite Kontaktbrücke 3, 4 befestigt, die mit Auflagebereichen zwischen dem Rahmen 30 und dem Magnetpol 15 angeordnet sind. Die Kontaktbrücken 3, 4 weisen Kontaktbereiche 37 auf den Unterseiten auf, die im montierten Zustand den Gegenkontakten 24 zugeordnet sind. Durch die Kippbewegung des Ankers 17 werden in Abhängigkeit von der Bestromung der Spule 13 die Kontaktbrücken 2, 3 auf die zugeordneten Gegenkontakte 24 gedrückt. Damit wird jeweils zwischen zwei Gegenkontakten 24 eine elektrisch leitende Verbindung über die elektrisch leitenden Kontaktbrücken 3, 4 hergestellt. Aufgrund der Anordnung werden gleichzeitig zwei elektrische Leitungen parallel mit den Relais 1 geschaltet.
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Das erste und das zweite Rahmenteil 30, 31 ragen in einem Endbereich 38 über die Längsplatten 19 hinaus. In den Endbereichen 38 ist eine Isolierschicht 39 aufgebracht, so dass die zweite Kontaktbrücke 4 bei der Auflage auf den Endbereichen 38 auf der Isolierschicht 39 aufliegt und gegenüber dem Rahmen 30 elektrisch isoliert ist. Auf der Unterseite der Kontaktfeder 2 ist eine Bodenplatte 40 des Halteblockes 8 ausgebildet, das beim elektrisch leitenden Verbinden der Gegenkontakte 24 über die Kontaktbrücken 3, 4 in die Vertiefung 29 der Sockelplatte 21 eintaucht. Durch die Ausbildung der Vertiefung 29 ist eine kompakte Bauweise des Relais 1 möglich.
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In 3 ist schematisch die Bewegungsrichtung der Ankerpolfläche 16 mit einem Pfeil dargestellt. Der Anker 17 schwenkt mit dem freien Ende, an dem die Ankerpolfläche 16 angeordnet ist, bei Bestromung der Spule 13 in Richtung auf den Magnetpol 15. Dabei wird die Kontaktfeder 2 nach unten in Richtung auf die Sockelplatte 21 bewegt. Die Abstände zwischen der Kontaktfeder 2 und der Sockelplatte 21 sind in der Weise gewählt, dass bei der Bestromung der Magnetspule 13 die erste und die zweite Kontaktbrücke 3, 4 mit den Kontaktbereichen 37 auf den zugeordneten Gegenkontakten 24 zur Anlage kommen. Durch die Ausbildung des ersten und zweiten Torsionssteges 34, 35 ist eine Drehlagerung der Kontaktfeder 2 gegeben, so dass die Kontaktfeder 2 um eine Drehachse schwenkbar ist, die durch den ersten und zweiten Torsionssteg 34, 35 gebildet ist. Zudem sind die erste und die zweite Kontaktbrücke 3, 4 über einen ersten und zweiten Federsteg 9, 10 mit dem Halteblock 8 verbunden. Die Federstege 9, 10 sind im Wesentlichen senkrecht zu der Ausrichtung des ersten und des zweiten Torsionssteges 34, 35 angeordnet, die auf einer Achse liegen. Durch die zwei Federstege 9, 10 ist eine schwenkbare Lagerung der erste und der zweiten Kontaktbrücke 3, 4 um eine Schwenkachse gegeben, die senkrecht zu der Schwenkachse des ersten und des zweiten Torsionssteges 34, 35 angeordnet ist. Vorzugsweise sind die Federstege 9, 10 in der Längsrichtung des Relais angeordnet.
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4 zeigt eine perspektivische Darstellung des Rahmens 30 mit der Kontaktfeder 2. Die Kontaktfeder 2 ist im Halteblock 8 eingebettet und hält über die Federstege 9, 10 die erste und die zweite Kontaktbrücke 3, 4. Der Rahmen 30 weist im Wesentlichen eine U-Form auf, wobei an der Innenseite des ersten bzw. des zweiten Rahmenteils 31, 32 der erste und der zweite Torsionssteg 34, 35 angeformt sind. Der erste und der zweite Torsionssteg 34,3 5 sind auf einer Achse angeordnet und bis zum Halteblock 8 geführt. Parallel zum ersten um zum zweiten Torsionssteg 34, 35 sind die erste und die zweite Kontaktbrücke 3, 4 angeordnet. Die zweite Kontaktbrücke 4 weist in den zwei gegenüberliegenden Endbereichen Auflageflächen 36 auf, die über den Endbereichen 38 der Rahmenteile 31, 32 angeordnet sind. Zudem weist die zweite Kontaktbrücke 4 zweite Auflageflächen 44 auf, die unterhalb von dritten Auflageflächen 45 des Halteblockes 8 angeordnet sind. Auf diese Weise ist die zweite Kontaktbrücke 4 zwischen dem Rahmen 30 und dem Halteblock 8 angeordnet. Durch die Ausbildung der zweiten Auflagefläche 44 und der dritten Auflagefläche 45 des Halteblockes 8 wird eine maximale Auslenkung der zweiten Kontaktbrücke 4 gegenüber dem Halteblock 8 nach oben begrenzt.
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Zur Ausbildung der dritten Auflageflächen 45 weist der Halteblock 8 Haltenasen 48 auf, die sich ausgehend vom Halteblock 8 bis über die zweiten Auflageflächen 44 der zweiten Kontaktbrücke 4 erstrecken.
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Die Ausbildung der Kontaktfeder 2 in Form eines Rahmens 30 und die Anordnung von Auflageflächen 36 der ersten und zweiten Kontaktbrücke 3, 4 oberhalb des Rahmens 30 bietet den Vorteil, dass beim Abheben der ersten oder zweiten Kontaktbrücke 3, 4 von den Gegenkontakten 24 die Kraft zum Abheben der Kontaktbrücken 3, 4 nicht alleine über die Torsionsstege 34, 35 und die Federstege 9, 10 übertragen werden muss, sondern dass auch der Rahmen 30 zur Übertragung der Kräfte auf die Kontaktbrücken 3, 4 verwendet wird. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn ein Festklemmen der Kontaktbrücken 3, 4 an den Gegenkontakten beispielsweise aufgrund von Microschweißverbindungen auftritt. Somit kann auch bei einem Haften der Kontaktbrücken 3, 4 an den Gegenkontakten 24 eine relativ große Kraft auf die Kontaktbrücken 3, 4 zum Abheben der Kontaktbrücken aufgebracht werden und trotzdem eine weiche Lagerung der Kontaktbrücken 3, 4 über die Torsionsstege 34, 35 und die Federstege 9, 10 gegeben sein. Ohne die Ausbildung des Rahmens 30 wäre eine deutlich massivere Ausbildung der Torsionsstege 34, 35 und der Federstege 9, 10 erforderlich, um die notwendige Kraft zum Abheben der Kontaktbrücken 3, 4, übertragen zu können. Zudem wird der Halteblock 8 in dieser Situation geringer belastet.
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4 zeigt weiterhin die Anordnung der ersten Kontaktbrücke 3, die parallel zu dem Verbindungsteil 33 des Rahmens 30 und parallel zur zweiten Kontaktbrücke 4 angeordnet ist. Die erste Kontaktbrücke 3 weist an gegenüberliegenden Enden Auflageflächen 36 auf, die oberhalb des ersten und des zweiten Rahmenteils 31, 32 des Rahmens 30 angeordnet sind.
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Zudem weist die erste Kontaktbrücke 3 an einer Längsseite zwei vorstehende Nasen 46 auf, die über das Verbindungsteil 33 des Rahmens 30 hinausragen. Auf diese Weise wird eine Auflagefläche der ersten Kontaktbrücke auf dem Rahmen 30 erreicht. Die erste und zweite Kontaktbrücke 3, 4 sind identisch ausgebildet. Die erste Kontaktbrücke 3 kann auf die Auflageflächen 36 verzichten, da die erste Kontaktbrücke 3 mit den Nasen 46 auf dem Rahmen 30 aufliegt. Die Auflageflächen 36 sind nach oben gebogen und kommen daher bei der ersten Kontaktbrücke 3 nicht zur Wirkung, da die erste Kontaktbrücke 3 mit den Nasen 46 zuerst zur Anlage auf den Rahmen 30 kommt.
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In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Enden mit den Auflagefläche 36 der zweiten Kontaktbrücke 4 nach oben gebogen ausgebildet, so dass bei einer Auflage der zweiten Kontaktbrücke 4 auf der Isolierschicht 39 des ersten und zweiten Rahmenteils 31, 32 die zweite Kontaktbrücke 4 selbst zwischen den Rahmenteilen 31, 32 angeordnet ist. Auf diese Weise ist eine relativ tiefe Anordnung der zweiten Kontaktbrücke 4 trotz Auflage in den Endbereichen auf dem Rahmen 30 gegeben. Zudem können die erste und zweite Kontaktbrücke 3, 4 auf gleicher Höhe angeordnet sein, obwohl die zweite Kontaktbrücke 4 auf einer Isolierschicht 39 und die erste Kontaktbrücke 3 direkt auf dem Rahmen 30 aufliegt.
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Der Halteblock 8 ist vorzugsweise als Rahmenstruktur ausgebildet, die im Wesentlichen vier Blockbereiche 49 aufweist, die über Stege 50 miteinander verbunden sind. Zwischen den Stegen 50 ist eine Ausnehmung 51 ausgebildet. Die Ausnehmung 51 ist im Mittenbereich zwischen den Blockbereichen 49 angeordnet. Durch die Ausbildung der Ausnehmung 51 und der Stege 50 weist der Halteblock 8 eine geringe Masse auf. In den Blockbereichen 49 sind Haltelaschen 52 eingebettet, die mit Endstücken nach oben herausragen.
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5 zeigt die Kontaktfeder mit Halteblock 8 von der Unterseite. Auf der Unterseite weist der Halteblock 8 die Bodenplatte 40 auf, die in Eckbereichen mit den Blockbereichen 49 verbunden ist. Zwischen den Blockbereichen 49 sind seitlich offene weitere Ausnehmungen 53 ausgebildet. Durch die weiteren Ausnehmungen 53 weist der Halteblock 8 eine relativ geringe Masse auf. Die erste und die zweite Kontaktfeder 3, 4 sind auf einer ersten und einer zweiten Halteplatte 11, 12 befestigt. Die Halteplatten 11, 12 sind über den ersten und den zweiten Federsteg 9, 10 mit dem Halteblock 8 verbunden.
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6 zeigt den Rahmen 30 mit der Kontaktfeder 2 ohne die erste und zweite Kontaktbrücke 3, 4.
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7 zeigt den Rahmen 30 mit dem ersten und dem zweiten Federteil 6, 7 vor dem Eingießen in den Halteblock 8. Das erste und das zweite Federteil 6, 7 sind im Wesentlichen identisch ausgebildet, wobei das erste Federteil zudem über den ersten und den zweiten Torsionssteg 34, 35 mit dem Rahmen 30 verbunden ist. Das erste und das zweite Federteil 6, 7 weisen die erste und die zweite Halteplatte 11, 12 auf, die über den ersten und den zweiten Federsteg 9, 10 mit jeweils zwei Haltelaschen 52 verbunden sind. Die zwei Haltelaschen 52 eines Federteils 6, 7 sind parallel zueinander und im Wesentlichen senkrecht zu dem Federsteg 9, 10 angeordnet. Die zwei Haltelaschen 52 eines Federteils 6, 7 sind an Endbereichen des ersten bzw. zweiten Federsteges 8, 9 befestigt und in einem ersten Bereich in der Ebene des Federsteges 9, 10 seitlich nach außen weggeführt und anschließend über eine Umbiegung nach oben ausgereichtet. Die Haltelaschen 52 dienen zur sicheren und festen Verankerung im Halteblock 8. Durch die getrennte Ausbildung des ersten und des zweiten Federteils 6, 7 sind das erste und das zweite Federteil 6, 7 elektrisch voneinander isoliert, da der Halteblock 8 aus einem isolierenden Material gefertigt ist. Zudem sind die Federstege 9, 10 so ausgebildet, dass eine geringe Wärmeleitung zwischen der ersten bzw. der zweiten Kontaktbrücke 3, 4 und dem Halteblock 8 gegeben ist. Dadurch können große Ströme über die erste und die zweite Kontaktbrücke 3, 4 geleitet werden, ohne dass es zu einer großen Erwärmung des Halteblockes 8 kommt. Dadurch ist der Halteblock 8 gegen eine thermische Beschädigung geschützt. In einer bevorzugten Ausführungsform sind der Rahmen 30 und das erste und zweite Federteil 6, 7 aus einer Federstahlplatte herausgestanzt und anschließend durch ein Aufbiegen der Haltelaschen 52 in die in 7 dargestellte Form gebracht. Abhängig von der Ausführungsform können jedoch auch verschiedene Materialien für das erste und das zweite Federteil 6, 7 verwendet werden. Die Ausbildung des ersten und des zweiten Federsteges 9, 10 aus einer Federstahlplatte bietet den Vorteil, dass der Federstahl die für die elastische Halterung der Kontaktbrücke 3, 4 erforderliche Federeigenschaft aufweist und zudem nur eine geringe Wärmeleitung bietet.
