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Die Erfindung betrifft ein aktives elektrisches Bauelement, insbesondere ein Schaltelement wie ein Relais oder ein Schütz.
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Solche Bauelemente sind oft über einen Kontakt und einen Gegenkontakt mit einem Gegenelement elektrisch leitend verbunden. Beispielsweise können sie einen Steckkontakt aufweisen, der in einen Gegensteckkontakt eingesteckt wird. Dabei werden nur geringe Kräfte zum Stecken und folglich zum Trennen der Verbindung benötigt. Eine solche Verbindung ist also unsicher, da sie leicht unbeabsichtigt getrennt werden kann. In einer anderen Lösung aus dem Stand der Technik werden der Kontakt und der Gegenkontakt miteinander verlötet. Dies führt jedoch zu einer Wärmebelastung und ist produktionstechnisch aufwändig.
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Aufgabe der der Erfindung ist es, ein aktives elektrisches Bauelement bereitzustellen, das leicht und sicher am Gegenelement angebracht werden kann und insbesondere für hohe Ströme geeignet ist.
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Erfindungsgemäß wird dies gelöst durch ein aktives elektrisches Bauelement, insbesondere ein Schaltelement wie ein Relais oder ein Schütz, mit wenigstens einem von außen zugänglichen Kontakt zum Zusammenstecken in einer Steckrichtung mit einem Gegenkontakt eines Gegenelementes und mit wenigstens einer Kraftübertragungsstruktur, die sich durchgängig von einer dem Kontakt gegenüberliegenden Seite des Bauelements zum Kontakt erstreckt.
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Das Bauelement kann leicht mit einem Gegenelement verbunden werden, indem die beiden zusammengesteckt werden. Dabei können größere Kräfte als normal aufgewendet werden, da die Kraftübertragungsstruktur die Kräfte von der dem Kontakt gegenüberliegenden Seite des Bauelementes zum Kontakt überträgt, ohne dabei andere Elemente im Inneren zu beschädigen. Die so hergestellte Verbindung ist aufgrund der höheren Steckkräfte sicherer, da sie nicht so leicht getrennt werden kann. Ferner können damit hohe Ströme übertragen werden.
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Die erfindungsgemäße Lösung kann durch die folgenden, jeweils für sich vorteilhaften Weiterentwicklungen und Ausgestaltungen weiter verbessert werden.
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Eine besonders gute Kraftübertragung bei minimalem Materialeinsatz ergibt sich, wenn sich die Kraftübertragungsstruktur geradlinig vom Kontakt aus durch das Bauelement erstreckt.
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Um die Kraft gut in die Kraftübertragungsstruktur einleiten zu können, kann die Kraftübertragungsstruktur in einer Andrückfläche enden. Um die Kraftübertragung besonders effizient zu gestalten und beim Andrücken ein seitliches Verschieben zu verhindern, endet in einer vorteilhaften Ausgestaltung an der dem Kontakt gegenüberliegenden Seite des Bauelements die Kraftübertragungsstruktur in einer bezüglich der Steckrichtung mit dem Kontakt fluchtend angeordneten Andrückfläche.
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Um das Bauelement auch mit dem Gegenelement verbinden zu können, wenn schon ein Gehäuse am Bauelement angebracht ist, kann die Andrückfläche von dem Gehäuse gebildet sein.
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Wenn die Andrückfläche von dem Gehäuse gebildet ist, kann die Andrückfläche zumindest gegenüber der unmittelbaren Umgebung verstärkt sein, um höhere Kräfte aufnehmen zu können. Beispielsweise kann ein Gehäuse im Bereich der Andrückfläche eine größere Wanddicke aufweisen.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung erstreckt sich der Kontakt als Teil der Kraftübertragungsstruktur bis zu der ihm gegenüberliegenden Seite des Bauelements. Die Kraftübertragungsstruktur kann monolithisch ausgebildet sein. Sie kann einteilig mit dem Kontakt sein. Ein solches Bauelement ist besonders einfach herzustellen und gewährleistet eine sichere Kraftübertragung. Auf der dem Kontakt gegenüberliegenden Seite kann die Kraftübertragungsstruktur von einem Gehäuse abgedeckt sein. In einer anderen Ausgestaltung kann die Kraftübertragungsstruktur aus mehreren Elementen bestehen, die miteinander verbunden sind und/oder aneinander anliegen. Einzelne Teile können etwa nur eine mechanische Stabilität gewährleisten, während andere Teile auch elektrisch leitend sind und beispielsweise einen elektrischen Anschluss ermöglichen.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung kann eine Mehrzahl von Kontakten an einer Unterseite des Bauelements angeordnet sein, wobei sich die Steckrichtung senkrecht zu der Unterseite erstreckt. In einer solchen Ausgestaltung lassen sich also an der Mehrzahl von Kontakten elektrische Verbindungen gleichzeitig herstellen, indem das Bauelement auf das Gegenelement gesteckt wird.
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Ist eine Mehrzahl von Kontakten an einer Unterseite des Bauelements angeordnet, so können sich in einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung die Kontakte innerhalb der Grundfläche der Unterseite von der Unterseite weg erstrecken. Dadurch vergrößert sich die zur Anbringung des Bauelementes nötige Fläche auf dem Gegenelement nicht.
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Der Kontakt kann als Buchse oder als Stecker ausgebildet sein. Vorteilhafterweise ist er als Stecker ausgestaltet, da dann am Gegenelement kein spezieller Gegenkontakt vorhanden sein muss. Vielmehr reicht ein Loch oder eine Bohrung zur Kontaktierung aus.
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In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung ist der Kontakt als Einpresskontakt ausgestaltet. Einpresskontakte sind zum Beispiel bei lötfreien Kontaktierungen von Bauteilen auf Leiterplatten üblich. Ein solcher Einpresskontakt kann beispielsweise so ausgestaltet sein, dass er quer zur Steckrichtung eine hohe Federkraft erzeugt und damit einen sicheren Kontakt mit einer hohen Stromtragfähigkeit ermöglicht.
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Als Gegenelement kann insbesondere eine Leiterplatte oder ein Lead-Frame dienen. Die Gegenkontakte können in diesem Fall beispielsweise als Bohrungen oder Löcher ausgeführt sein. Dadurch ist eine hohe mechanische Stabilität gewährleistet.
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Ist eine Mehrzahl von Kontakten vorhanden, wobei die Kontakte jeweils eine Andrückfläche aufweisen, so können in einer vorteilhaften Ausgestaltung die Andrückflächen in einer Ebene enden. Dadurch ist das Zusammenstecken besonders einfach, da sämtliche Kontakte mit einem Werkzeug, das eine plane Fläche aufweist, gleichzeitig auf die Gegenkontakte gesteckt werden können. In einer alternativen Ausgestaltung können die Andrückflächen unterschiedliche Lagen und/oder Orientierungen aufweisen. Beispielsweise kann dadurch eine Kodierungsmöglichkeit für ein Montagewerkzeug erzielt werden, so dass das Bauelement nur in einer richtigen Orientierung an dem Gegenelement angebracht werden kann.
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Das Bauelement kann eine Spule und einen von der Spule bewegbaren Anker aufweisen. Vorteilhafterweise verläuft dann die Bewegungsrichtung des Ankers senkrecht zur Steckrichtung. Dadurch ist die Richtung der elektrischen Schaltfunktion entkoppelt von der Steckrichtung. Die hohen Steckkräfte haben damit keinen Einfluss auf die eng tolerierte Schaltbewegung des Ankers. Dadurch ist die Richtung der elektrischen Schaltfunktion entkoppelt von der Steckrichtung. Die hohen Steckkräfte haben damit keinen Einfluss auf die eng tolerierte Schaltbewegung des Ankers.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Kraftübertragungsstruktur als ein Starrkörper oder eine Kette von mehreren miteinander verbundenen Starrkörpern, die wenigstens dann aneinander anliegen, wenn eine Kraft in Steckrichtung auf die Kette ausgeübt wird, ausgebildet. Die Starrkörper sind dabei zumindest in der Steckrichtung, vorzugsweise auch in anderen Richtungen starr. Das Einwirken einer Kraft in einer Richtung führt also nicht zu einer Veränderung der Länge eines Kettenelementes in der Richtung der Krafteinwirkung.
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Die Kraftübertragungsstruktur kann vorteilhafterweise als Tragegerüst für das Bauelement ausgestaltet sein. Sie kann andere Elemente des Bauelementes tragen. Die Kraftübertragungsstruktur kann als Stütze für das Bauelement oder für Teile des Bauelementes dienen. Die Kraftübertragungsstruktur erfüllt hier also eine Doppelfunktion, wodurch andere tragende Elemente des Bauelementes überflüssig werden können und sich die Baugröße des Bauelementes dadurch verringert.
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Im Folgenden wird die Erfindung mit Bezug auf die Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Die beschriebenen Ausführungsformen stellen dabei lediglich mögliche Ausgestaltungen dar, bei denen jedoch die einzelnen Merkmale, wie oben beschrieben ist, unabhängig voneinander kombiniert oder weggelassen werden können.
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Es zeigen:
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1 eine schematische, teilweise geschnittene Perspektivansicht einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bauelementes;
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2 eine schematische Perspektivansicht einer zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bauelementes;
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3 eine schematische Seitenansicht der zweiten Ausführungsform aus 2;
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4 eine schematische Ansicht der zweiten Ausführungsform von unten.
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In 1 ist ein aktives elektrisches Bauelement 1 in einer teilweise geschnittenen Ansicht dargestellt. Bei dem aktiven elektrischen Bauelement 1 handelt es sich um ein Relais 2. Eine Spule 3 des Relais 2 kann durch verschieden starke Ströme geschaltet werden. Dabei kann sich ein Anker 4 in und entgegen einer Bewegungsrichtung A bewegen.
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Das Bauelement 1 ist zur Verbindung mit einem Gegenelement ausgestaltet. Dazu verfügt es an einer Unterseite 5 über mehrere Kontakte 6, die hier als Steckkontakte 7 zum Einstecken in eine Buchse (nicht gezeigt) ausgeführt sind. Die Kontakte 6 können entlang einer Steckrichtung S mit einem Gegenkontakt zusammengesteckt werden. Bei dem Gegenkontakt kann es sich beispielsweise um eine Buchse oder ein Loch handeln. Die Kontakte 6 sind als Einpresskontakte 8 ausgestaltet. Sie haben die Form eines Nadelöhrs, wobei im Nadelöhr als Federn wirkende Metallbleche angeordnet sind, so dass in einer Querrichtung Q, die quer zur Steckrichtung verläuft, eine hohe Federkraft entsteht. Dadurch werden eine hohe Haltekraft im Gegenkontakt und eine hohe Stromtragfähigkeit der Verbindung erreicht.
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Das Bauelement 1 verfügt über mehrere Kraftübertragungsstrukturen 9, die sich von einer den Kontakten 6 gegenüberliegenden Seite 10 durchgängig zu den Kontakten 6 erstreckt. Die Kraftübertragungsstrukturen 9 ermöglichen es, von der den Kontakten 6 gegenüberliegenden Seite 10 eine Kraft auf die Kontakte 6 zu übertragen, ohne dabei andere Teile des Bauelements 1 mechanisch zu belasten. Insbesondere können die Kraftübertragungsstrukturen 9 benutzt werden, um das Bauelement 1 mit einem Gegenelement zusammenzustecken, indem Kraft auf der den Kontakten 6 gegenüberliegenden Seite 10 in der Steckrichtung S aufgewandt wird. Die Kraftübertragungsstrukturen 9 erlauben es dabei, hohe Kräfte aufzubringen, die notwendig sind, um die Kontakte 6 mechanisch stabil und einen hohen Strom leitend mit den Gegenkontakten zu verbinden.
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Um die Kraftübertragungsstrukturen 9 möglichst stabil auszugestalten, erstrecken sie sich geradlinig von den Kontakten 6 aus durch das Bauelement 1. Sie verlaufen entlang der Lastrichtungen L. Dabei enden die Kraftübertragungsstrukturen 9 in bezüglich der Steckrichtung S mit den Kontakten 6 fluchtend angeordneten Andrückflächen 11. In dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel werden die Andrückflächen 11 von einem Gehäuse 12 gebildet. Dabei sind die Andrückflächen 11 gegenüber ihrer unmittelbaren Umgebung verstärkt, um hohe Kräfte aufnehmen zu können. Die Wandstärke des Gehäuses 12 ist im Bereich der Andrückflächen 11 dicker als in anderen Bereichen. Eine Verdickung 21 des Gehäuses 12 wird in und entgegen der Steckrichtung S von innen liegenden Flächen 18 und außen liegenden Fläche 19, die jeweils senkrecht zur Steckrichtung S verlaufen, begrenzt.
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Das Gehäuse 12 liegt im Bereich der Andrückflächen 11 am Rest der Kraftübertragungsstrukturen 9 an. Die innen liegenden Flächen 18 der Verdickung 21 des Gehäuses 12 liegen an Stirnflächen 13 des Restes der Kraftübertragungsstruktur 9 direkt an. Wenn auf die Andrückflächen 11 eine Kraft in der Steckrichtung S einwirkt, geht diese direkt in den Rest der Kraftübertragungsstrukturen 9 über, ohne dass sich z. B. das Gehäuse 12 durchbiegt.
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Das Gehäuse 12 kann beispielsweise aus Metall oder Kunststoff bestehen. Um die Produktionskosten niedrig zu halten, kann das Gehäuse 12 beispielsweise in einem Spritzgussverfahren aus einem thermoplastischen Kunststoff gefertigt werden. Auch die Verwendung anderer Materialien ist möglich.
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Das Bauelement 1 weist eine Mehrzahl von Kontakten 6 auf, die an der Unterseite 5 angeordnet ist. Die Kontakte 6 erstrecken sich jeweils senkrecht von der Unterseite 5 entlang der Steckrichtung S von der Unterseite 5 weg. Die Kontakte 6 erstrecken sich dabei innerhalb der Grundfläche der Unterseite 5 von der Unterseite 5 weg. Sie befinden sich also nicht seitlich neben dem Bauelement 1, wodurch sich die seitliche Baugröße des Bauelements 1 nicht vergrößert.
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Die Kraftübertragungsstrukturen 9 sind hier als Ketten von Starrkörpern ausgebildet. Sie umfassen jeweils einen Teil, der den Kontakt 6 umfasst und einteilig mit diesem ist, und einen Teil des Gehäuses 12. Diese beiden Teile liegen aneinander an und sorgen so für eine durchgängige Struktur, die es ermöglicht, dass die Kraft von der dem Kontakt 6 gegenüberliegenden Seite 10 zum Kontakt 6 weitergeleitet wird, ohne dass dabei andere Teile des Bauelementes 1, wie etwa die Spule 3, mechanisch übermäßig belastet und eventuell beschädigt werden. Eine Kraftübertragungsstruktur 9 wird hier von einer Kette von zwei Starrkörpern ausgebildet In anderen Ausgestaltungen kann die Kraftübertragungsstruktur auch aus mehr als zwei Starrkörpern bestehen, beispielsweise aus drei, vier oder noch mehr Starrkörpern. Die einzelnen Starrkörper können dabei verschiedene Eigenschaften aufweisen. Ein Starrkörper kann etwa besonders stabil sein und der mechanischen Befestigung dienen. Ein anderer Starrkörper kann elektrisch leitend sein und zur elektrischen Kontaktierung dienen.
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Die Kraftübertragungsstrukturen 9 verfügen jeweils über Seitenelemente 14, an denen andere Teile des Bauelements 1 angebracht sind. Die Kraftübertragungsstrukturen 9 können als Tragegerüst 15 für das Bauelement 1 dienen. Beispielsweise sind Teile des Spulenkörpers 16 an Seitenelementen 14 angebracht. Ferner ist ein Sockelteil 20 des Bauelementes 1 an der Kraftübertragungsstruktur 9 angebracht.
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In 2 ist eine zweite Ausführungsform eines Bauelements 1 dargestellt. Sie ist ähnlich wie die Ausführungsform in 1 aufgebaut, weist jedoch kein Gehäuse 12 auf. Die Andrückflächen 11 sind an den den Kontakten 6 gegenüberliegenden Seiten der Kraftübertragungsstruktur 9 angeordnet. Die Kraftübertragungsstrukturen 9 werden hier jeweils von einem einzigen Starrkörper gebildet. Die Starrkörper sind jeweils einteilig mit den Kontakten 6.
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Die Andrückflächen 11 liegen in einer gemeinsamen Ebene E, so dass mit einem planen Anpresswerkzeug gearbeitet werden kann. In einer alternativen Ausgestaltung könnten die Andrückflächen 11 auch in verschiedenen Ebenen liegen und/oder verschiedene Orientierungen aufweisen. Beispielsweise könnten die Andrückflächen 11 eine Kodierungsmöglichkeit bieten, um eine falsche Montage des Bauelements 1 zu verhindern. Beispielsweise könnte eine Andrückfläche 11 aus einer von den anderen Andrückflächen 11 gebildeten Ebene hervorragen. Dies würde zusammen mit einem entsprechenden Montagewerkzeug eine Montage nur in einer einzigen Orientierung ermöglichen.
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In 3 ist eine Seitenansicht der zweiten Ausführungsform aus 2 zu sehen. Zu erkennen ist insbesondere, dass die Steckrichtung S senkrecht zur Bewegungsrichtung A, in der der Anker 4 von der Spule 3 bewegt wird, verläuft. Eine Schaltbewegung des Ankers 4, die geringen Toleranzen unterliegt, ist dadurch nicht von den hohen Steckkräften in der Steckrichtung S beeinflusst, da die Steckung in der Steckrichtung S von der Bewegung des Ankers 4 in der Bewegungsrichtung A entkoppelt ist.
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In 4 ist die zweite Ausführungsform von unten zu sehen. Zu erkennen ist hier insbesondere, dass die Kontakte 6 innerhalb der Grundfläche 17 der Unterseite 5 liegen. Sie ragen also nicht seitlich hervor. Sämtliche Kraftübertragungsstrukturen 9 ragen nicht seitlich über diese Grundfläche 17 hinaus. Dadurch entspricht der zur Anbringung des Bauelements 1 benötigte Platz im Wesentlichen der Grundfläche 17.
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Die in den 2 bis 4 gezeigten Kraftübertragungsstrukturen 9 sind jeweils einteilig mit den Kontakten 6. Sie sind aus einem Metallblech herausgestanzt. Selbstverständlich kann eine Kraftübertragungsstruktur 9 auch beispielsweise auf andere Weise hergestellt sein, beispielsweise durch Gießen oder Schmieden. Ferner muss die Kraftübertragungsstruktur 9 nicht einteilig mit den Kontakten 6 sein, sondern kann auch aus mehreren Elementen bestehen, die beispielsweise in der Steckrichtung S bündig aneinander gefügt sind.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Bauelement
- 2
- Relais
- 3
- Spule
- 4
- Anker
- 5
- Unterseite
- 6
- Kontakt
- 7
- Stecker
- 8
- Einpresskontakt
- 9
- Kraftübertragungsstruktur
- 10
- dem Kontakt gegenüberliegende Seite
- 11
- Andrückfläche
- 12
- Gehäuse
- 13
- Stirnfläche
- 14
- Seitenelement
- 15
- Tragegerüst
- 16
- Teil des Spulenkörpers
- 17
- Grundfläche
- 18
- innen liegende Fläche
- 19
- außen liegende Fläche
- 20
- Sockelteil
- 21
- Verdickung
- A
- Bewegungsrichtung
- E
- Ebene
- L
- Lastrichtung
- S
- Steckrichtung
