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Die Erfindung betrifft eine elektrische Kontaktanordnung aufweisend ein elastisch verformbares, insbesondere bandartiges Kontaktelement, welches sich zwischen einem ersten und einem zweiten Ende erstreckt.
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Eine derartige elektrische Kontaktanordnung ist beispielsweise aus der internationalen Veröffentlichung
WO 2009/048722 A1 bekannt. Dort ist eine elektrische Kontaktanordnung gezeigt, welche mehrere bandartige Kontaktelemente aufweist. Die bandartigen Kontaktelemente sind auf einer Bahn verteilt angeordnet, so dass jedes der bandartigen Kontaktelemente einen Abschnitt der Bahn bildet. Jedes der einzelnen Kontaktelemente ist für sich in einer Isolatoranordnung gehalten.
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Aufgrund der Verwendung einer Vielzahl von Kontaktelementen gestaltet sich eine Montage schwierig. Für jedes einzelne der Kontaktelemente sind eine Positionierung und eine ausreichende Fixierung zu gewährleisten. Entsprechend stellt sich ein erhöhter Prüf- und Fertigungsaufwand ein. Des Weiteren ist aufgrund der separaten Halterung der Kontaktelemente deren elastische Verformbarkeit eingeschränkt. Jedes der Kontaktelemente kann lediglich die jeweils für sich vorgesehene Zone für elastische Verformungen nutzen.
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Daher ergibt sich als Aufgabe der Erfindung eine elektrische Kontaktanordnung anzugeben, welche bei vereinfachter Montage eine verbesserte Kontaktierung durch das Kontaktelement ermöglicht.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei einer elektrischen Kontaktanordnung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass das elastische Kontaktelement ringförmig gekrümmt angeordnet ist und die Enden des Kontaktelementes einander beabstandet gegenüber stehen.
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Ein bandartiges Kontaktelement erstreckt sich im Wesentlichen längs einer Achse, wobei das bandartige Kontaktelement derart elastisch verformbar ist, dass eine federbelastete elektrische Kontaktierung zu einem Gegenkontaktelement ermöglicht ist. Durch eine Krümmung der Achse des elastischen Kontaktelementes ist die Möglichkeit gegeben, das Kontaktelement in eine Ringform zu bringen und dieses beispielsweise in eine Buchse einzusetzen, so dass ein Gegenkontaktelement in die Buchse einfahrbar ist, wobei das elastisch verformbare Kontaktelement bevorzugt außenmantelseitig auf das Gegenkontaktelement auffahren kann. Bei einer ringförmigen, insbesondere kreisförmigen, Krümmung des elastischen Kontaktelementes ist die Möglichkeit gegeben, eine dielektrisch geeignete Struktur auszubilden, um auch im Hoch- und Höchstspannungsbereich ein Entstehen von Feldstärkeüberhöhungen zu vermeiden. Das Gegenkontaktelement, welches mit dem ringförmig gekrümmten Kontaktelement in Eingriff treten kann, sollte formkomplementär gekrümmte Oberflächenbereiche aufweisen. Bevorzugt sollte das Gegenkontaktelement einen kreisförmigen Querschnitt aufweisen. Somit besteht die Möglichkeit, dass im entspannten Zustand das Kontaktelement beispielsweise in einer Buchse zugänglich ist, wobei bei einem in Kontakttreten mit dem Gegenkontaktelement eine elastische Verformung, d.h. eine Spannung des Kontaktelementes, eintritt. Nutzt man nunmehr eine ringförmige Krümmung des Kontaktelementes, wobei die Enden des Kontaktelementes einander beabstandet gegenüberstehen, so kann ein nahezu in sich geschlossener Umlauf des elastischen Kontaktelementes erfolgen. Dies bedeutet, dass der Montageaufwand reduziert ist, da lediglich ein einziges Kontaktelement zu positionieren ist. Durch ein Annähern der Enden des Kontaktelementes, wobei diese sich jedoch aufgrund der Beabstandung voneinander nicht berühren, ist weiterhin die Möglichkeit gegeben, eine elastische Verformung des Kontaktelementes zuzulassen, wobei eine Verformung desselben in tangentiale Richtungen beziehungsweise in Umfangsrichtung des ringförmig gekrümmten Kontaktelementes ermöglicht ist. So kann zusätzliche oder alternativ zu einer radialen Verformung des Kontaktelementes (Querschnitt ändert sich) eine Längenänderungen auch in den Freiraum zwischen den Enden des Kontaktelementes erfolgen. Somit kann zum einen ein elastisches Verformen bei Kontaktgabe durch ein Weiten der offenen Ringform erfolgen, zum anderen kann auch eine Querschnittsänderung der Ringform vorgenommen sein. Gegebenenfalls können beide Formänderungen einander überlagern. Um eine ausreichende Verformbarkeit in Umfangsrichtung zu gewährleisen, sollte der Bereich zwischen den beiden Enden des Kontaktelementes fluidgefüllt sein, wobei das Fluid bei einer Annäherung der Enden des Kontaktelementes verdrängt werden kann. Ein wiederholtes Spannen und Entspannen (Weiten oder Verengen) des Kontaktelementes kann bei schwimmender Lagerung zu einer Bewegung des Kontaktelementes in einer Aufnahme führen. Dazu kann das Kontaktelement beispielsweise kraftschlüssig gehalten sein. Eine derartige Bewegung ist von Vorteil, um eine punktuelle Überlastung (beispielsweise durch Abrieb) des Kontaktelementes zu vermeiden.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung kann vorsehen, dass eine Beabstandung der Enden voneinander sowohl bei gespanntem als auch bei entspanntem Kontaktelement vorliegt.
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Sowohl im entspannten als auch gespannten Zustand des Kontaktelementes können die Enden voneinander beabstandet sein. Somit ist einem Anschlagen der Enden gegeneinander entgegengewirkt. Entsprechend tritt ein mechanischer Verschleiß der Enden durch Aneinanderschlagen nicht auf. Somit bleibt die Formgebung des Kontaktelementes erhalten. Insbesondere kann einem Stauchen der Enden entgegengewirkt werden. Ein entspanntes Kontaktelement liegt vor, wenn das Kontaktelement im elektrisch getrennten Zustand von einem formkomplementär ausgebildeten und mit dem Kontaktelement in elektrisch leitenden Kontakt tretbaren Gegenkontaktelement ist. Bei einer Kontaktierung des Kontaktelementes mit selbigem Gegenkontaktelement kommt zu einem Spannen des Kontaktelementes, wobei aufgrund von elastischen Verformungen des Kontaktelementes ein kraftschlüssiger Verbund zwischen Kontaktelement und Gegenkontaktelement hergestellt wird. Aufgrund der Beabstandung der Enden voneinander besteht weiterhin die Möglichkeit, das Kontaktelement schwimmend zu lagern, wodurch ein Bewegen des Kontaktelementes in einer Aufnahme ermöglicht ist.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung kann vorsehen, dass sich zwischen den Enden ein Spalt radial erstreckt.
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Eine Beabstandung der Enden sollte derart erfolgen, dass der Spalt sich in radialer Richtung durch die Ringform des gekrümmten Kontaktelementes hindurch erstreckt. Damit ist eine ausreichende Sicherheit gegeben, ein Berühren der Enden des Kontaktelementes zu verhindern. Unabhängig von der Formgestaltung des elastischen Kontaktelementes können die Enden nahezu beliebig ausgebildet sein. Aufgrund einer radialen Erstreckung des Spaltes, d.h. eine unmittelbare Sichtachse in radialer Richtung durch die Ringform des elastischen Kontaktelementes hindurch ist gegeben, kann auf eine besondere Gestaltung der Enden verzichtet werden. Beispielsweise kann es sich bei den Enden um Schnittkanten handeln, welche beispielsweise bei einem Ablängen eines bandartigen Kontaktelementes entstehen.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung kann vorsehen, dass sich zwischen den Enden ein Spalt radial mit tangentialer Komponente erstreckt.
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Ein radialer Spalt mit tangentialer Komponente ermöglicht eine Querung einer Ringbahn des Kontaktelementes und eine Beabstandung der Enden des Kontaktelementes voneinander, wobei aufgrund der tangentialen Komponente eine verlängerte Wegstrecke längs des Spaltes durch das Kontaktelement hindurch gegeben ist. So kann beispielsweise innenmantelseitig beziehungsweise außenmantelseitig an unterschiedlichen Postionen eine Mündung des Spaltes in der Ringform des Kontaktelementes vorgesehen sein. Damit können im Umfangsverlauf versetzte Punkte des Kontaktelementes den Spalt abgrenzen. Damit kann insbesondere eine dielektrisch vorteilhafte Ausgestaltung des gekrümmt gebogenen Kontaktelementes unterstützt werden. Gegenüber einer rein radialen Ausrichtung des Spaltes kann durch eine tangentiale Komponente der Weg des Spaltes durch die Ringform des Kontaktelementes verlängert werden. Ein derartiger Spalt kann beispielsweise im Wesentlichen einem Spiralverlauf folgend sich durch die Ringform des elastischen Kontaktelementes hindurch erstrecken.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung kann vorsehen, dass das Kontaktelement auf einer Kreisbahn gekrümmt verläuft.
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Eine Kreisbahn stellt eine dielektrisch günstige Bahn dar, wobei Vorsprünge und Kanten im Verlauf der Krümmung des Kontaktelementes vermieden sind. Weiterhin ist aufgrund der Rotationssymmetrie einer Kreisbahn eine vereinfachte Ausgestaltung einer Kontaktierung des Kontaktelementes mit einem gegengleich geformten Gegenkontaktelement möglich. So kann beispielsweise ein Gegenkontaktelement einen Kreiszylindermantel aufweisen, auf welchen das gekrümmte Kontaktelement aufgefahren werden kann, wobei es zu einer federnden Verformung des Kontaktelementes kommt. Aufgrund der geeigneten Ausgestaltung und der Beabstandung der Enden des ringförmig gekrümmten Kontaktelementes wird die Kraft, welche zum Weiten beziehungsweise elastischen Verformen des Kontaktelementes notwendig ist, gegenüber einer geschlossenen Ringstruktur reduziert. Insbesondere können das Kontaktelement und das Gegenkontaktelement rotationssymmetrisch ausgestaltet sein, wobei die Rotationsachsen koaxial angeordnet sind und eine Relativbewegung von Kontaktelement und Gegenkontaktelement bevorzugt längs der Rotationsachsen erfolgt.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung kann vorsehen, dass das Kontaktelement eine Wendelform aufweist.
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Eine Wendel weist der Verlauf eines schraubenförmigen Ganges auf. Die Wendel verläuft um eine Wendelachse herum. Bevorzugt liegt die Wendelachse auf einer Kreisbahn, wobei das Kontaktelement der Kreisbahn nahezu vollständig folgt, wobei die Enden des Kontaktelementes beabstandet voneinander jedoch einander gegenüberliegend zur Lage kommen. Durch die Wendelform besteht die Möglichkeit, eine elastische Verformung des Kontaktelementes längs der Wendelachse und zusätzlich auch quer zur Wendelachse vorzunehmen, so dass auch der Querschnitt des Kontaktelementes bei einem Spannen beziehungsweise Entspannen verändert werden kann. Das Kontaktelement kann beispielsweise eine metallische Wendel aufweisen, die z.B. aus Elektrokupfer oder Elektrobronze, gebildet ist, so dass an beliebigen Punkten der Wendelform eine Kontaktgabe mit einem Gegenkontaktstück ermöglicht ist, und über eine Vielzahl von Kontaktierungspunkten ein impedanzarmer Übergang zwischen Kontaktelement und Gegenkontaktelement ermöglicht ist.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung kann vorsehen, dass das Kontaktelement eine Doppelwendelform aufweist.
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Eine Doppelwendel ermöglicht es, die Elastizität des Kontaktelementes zusätzlich zu verbessern. Somit sind Ermüdungserscheinungen an dem Kontaktelement entgegengewirkt, dadurch kann die Standfestigkeit des Kontaktelementes auch nach einer Vielzahl von Verformungen aufrechterhalten werden. Darüber hinaus kann aufgrund einer Doppelwendelung die Anzahl der möglichen Kontaktierungspunkte zwischen dem Kontaktelement und einem Gegenkontaktelement erhöht werden, wodurch zusätzlich ein impedanzarmer Übergang zwischen Kontaktelement und Gegenkontaktelement unterstützt wird.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung kann vorsehen, dass das Kontaktelement in einen Haltekäfig eingesetzt ist.
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Ein Haltekäfig bietet die Möglichkeit, das Kontaktelement in einer bestimmten Form zu halten. Aufgrund der elastischen Verformbarkeit des Halteelementes bildet der Haltekäfig eine Aufnahme, um das Kontaktelement in eine Grundform zu bringen. Diese Verformung stellt eine elastische Verformung dar. Beispielsweise kann das Kontaktelement in einen kreisförmig umlaufenden Haltekäfig eingelegt werden, wobei das Kontaktelement im Haltekäfig positioniert ist. Beispielsweise kann der Haltekäfig eine Nut aufweisen, in welche das Kontaktelement unter elastischer Verformung eingelegt wird. Beispielsweise kann der Haltekäfig buchsenförmig ausgebildet sein, wobei das elektrische Kontaktelement in einer Buchsenwandung angeordnet ist, so dass zum Spannen des Halteelementes eine Aufweitung desselben durch Einführen des Gegenkontaktelementes erzeugt wird.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung kann vorsehen, dass das Kontaktelement federelastisch selbstsichernd in den Haltekäfig eingesetzt ist.
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Die elastische Verformbarkeit des Kontaktelementes kann genutzt werden, um nach einem Verbringen des Fehlerelementes in einen Haltekäfig das Kontaktelement selbstsichernd im Haltekäfig zu positionieren. Beispielsweise kann das Kontaktelement eine Sprengkraft aufbringen, wodurch ein Einpressen und kraftschlüssiges Anliegen des Kontaktelementes im Haltekäfig gewährleistet ist. Das Kontaktelement kann in dem Haltekäfig eingesprengt sein. So ist ein Formschluss gegeben, welcher ein axiales Sichern des Kontaktelementes ermöglicht. Beispielsweise kann dies durch Vorsehen einer Nut erfolgen, wobei die Nutflanken oder ein Nutboden derartig verlaufen, dass ein Auseinanderpressen beziehungsweise gegensinniges Anpressen, insbesondere eines ringförmig gekrümmten Kontaktelementes, ermöglicht ist. So ist es beispielsweise möglich, in eine gekrümmt verlaufende nutförmige Ausnehmung das Kontaktelement unter Verformung und Kraftschluss zu Nutflanken beziehungsweise einem Nutboden einer Nut zu positionieren. Beispielsweise kann die Nut in sich geschlossen innenmantelseitig in einer Buchse umlaufen, wodurch der Nutboden ein Widerlager für ein eingesprengtes elektrisch leitfähiges Kontaktelement darstellt.
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Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in einer Zeichnung gezeigt und nachfolgend näher beschrieben. Dabei zeigt die
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1 eine gestreckte Anordnung eines Kontaktelementes, die
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2 ein Kontaktelement im entspannten Zustand, die
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3 einen Querschnitt durch die Darstellung der 2, die
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4 ein Kontaktelement im gespannten Zustand und die
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5 einen Querschnitt durch die Darstellung der 4.
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1 zeigt ein elastisch verformbares Kontaktelement 1. Vorliegend ist das elastisch verformbare Kontaktelement 1 in Form einer Schraubenfeder ausgeführt, so dass das elastisch verformbare Kontaktelement die Form einer Wendel aufweist. Entsprechend ergibt sich eine Wendelachse 2, die im nicht eingebauten Zustand im Wesentlichen linear verläuft, wobei durch Krafteinwirkung von außen eine elastische Verformung des Verlaufes von der Wendelachse 2 möglich ist. Das elastisch verformbare Kontaktelement 1 ist im Wesentlichen bandartig ausgeführt und erstreckt sich längs der Wendelachse 2, wobei das Kontaktelement endseitig ein erstes Ende 3 sowie ein zweites Ende 4 aufweist. Zwischen dem ersten und dem zweiten Ende 3, 4 erstreckt sich die Längsausdehnung des elastisch verformbaren Kontaktelementes 1, wobei das elastisch verformbare Kontaktelement 1 zwischen dem ersten und dem zweiten Ende 3, 4 eine Länge l aufweist. Die Enden 3, 4 sind durch Ablängen des elastisch verformbaren Kontaktelementes 1 aus einem Halbzeug gebildet, so dass die Enden 3, 4 jeweils im Wesentlichen durch abgebrochene Wendelgänge gebildet sind.
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In der 2 ist die Einbaulage des elastisch verformbaren Kontaktelementes 1 dargestellt. Das elastisch verformbare Kontaktelement 1 ist in einen Haltekäfig 5 eingelegt. Der Haltekäfig 5 ist dazu im Wesentlichen hohlzylindrisch ausgestaltet, wobei der Haltekäfig 5 innenmantelseitig eine Aufnahme 6 aufweist. Die Aufnahme 6 ist dabei nutförmig ausgebildet, wobei ein Nutquerschnitt gewählt ist, der nahezu parallele Nutflanken aufweist, wobei der Nutengrund spitzwinklig zuläuft und ein geeignetes Widerlager für das elastisch verformbare Kontaktelement 1 ausbildet. Die Wendelachse 2 ist durch elastische Verformung des Kontaktelementes 1 in eine Kreisbahn gebracht, wobei aufgrund der Rückstellkräfte des elastisch verformbaren Kontaktelementes 1 ein Einsprengen des elastischen Kontaktelementes 1 in die Aufnahme 6 des Haltekäfigs 5 erfolgt. Zu erkennen ist in der 2, dass im entspannten Zustand des elastisch verformbaren Kontaktelementes 1 die Wendeln um die Wendelachse 2 auf einer Kreisbahn umlaufen. Der Wendeldraht, welcher zur Ausbildung des elastisch verformbaren Kontaktelementes 1 um die Wendelachse gewendelt wurde, ist aus einem elektrisch leitfähigen Material, beispielsweise Elektrokupfer oder Elektrobronze, gefertigt. In der 2 ist weiterhin ein Gegenkontaktelement 7 gezeigt. Das Gegenkontaktelement 7 ist vorliegend zylindrisch ausgestaltet, wobei das Gegenkontaktelement 7 längs seiner Zylinderachse relativ zum elastisch verformbaren Kontaktelement 2 verschiebbar ist. Die Ringachse des zu einem Kreisring geformten elastisch verformbaren Kontaktelementes 2 ist koaxial zur Zylinderachse des Gegenkontaktelementes 7 ausgerichtet. Weiterhin ist auch die Zylinderachse des Haltekäfigs 5 koaxial zur Zylinderachse des Gegenkontaktelementes 7 ausgerichtet. Längs der Zylinderachsen ist eine Relativbewegung zwischen Gegenkontaktelement 2 und elastisch verformbaren Kontaktelement 1 ermöglicht.
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In der 3 ist ein Schnitt durch die 2 dargestellt, wobei die Kreisringform des elastisch verformbaren Kontaktelementes 1 erkennbar ist. Der Umfang der Aufnahme 6 ist dabei derart gewählt, dass im entspannten Zustand (2, 3) des elastisch verformbaren Kontaktelementes 2 die Umfangslänge u des ringförmig gebogenen elastisch verformbaren Kontaktelementes 1 etwa der Länge l des elastisch verformbaren Kontaktelementes 1 entspricht. Die Enden 3, 4 des elastisch verformbaren Kontaktelementes 1 stehen einander gegenüber, wobei die Enden 3, 4 einander nicht berühren. In der Aufnahme 6 befindet sich ein Fluid, welches bei einer elastischen Verformung (Spannen des elastisch verformbaren Kontaktelementes 1) durch die relativ zueinander bewegbaren Enden 3, 4 verdrängt wird.
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In der 4 ist die Lage des elastisch verformbaren Kontaktelementes 1 im gespannten Zustand gezeigt. Das Gegenkontaktelement 7 ist mit dem elastisch verformbaren Kontaktelement 1 in galvanischen Kontakt getreten. Dazu ist das Gegenkontaktelement 7 innenmantelseitig in das ringförmig gebogene elastisch verformbare Kontaktelement 1 eingefahren. Dadurch kommt es zu einer Verformung desselben, wobei die Aufnahme 6 ein Widerlager für das elastisch verformbare Kontaktelement 2 darstellt. Zum einen kann es zu einer Verformung des Querschnitts des ringförmigen Verlaufs des elastisch verformbaren Kontaktelementes 1 kommen. Nunmehr weisen die Wendeln keine Kreisform um die Wendelachse 2 mehr auf, sondern eine ovale verpresste Form (vgl. 2 und 4). Abweichend können auch andere Querschnittsformen genutzt werden. Beispielsweise können die Wendeln des Kontaktelementes im entspannten Zustand bereits eine ovale Form aufweisen, welche im gespannten Zustand verformt, z. B. abgeplattet, wird. Das Kontaktelement 1 ist zwischen der Außenmantelfläche des Gegenkontaktelementes 7 und der Aufnahme 6 abgestützt, so dass eine kraftschlüssige Kontaktierung vorliegt.
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In der 5 ist ein Schnitt durch den Zustand, wie in der 4 gezeigt, abgebildet. Nunmehr ist das Gegenkontaktelement 7 unter Verformung des elastisch verformbaren Kontaktelementes 1 in den Haltekäfig 5 eingefahren. Neben einer Querschnittsverformung des ringförmig gekrümmten elastisch verformbaren Kontaktelementes 1 ist eine Längenänderung in Umfangsrichtung des elastisch verformbaren Kontaktelementes 1 aufgetreten. Die Enden 3, 4 sind einander angenähert, wobei weiterhin eine Beabstandung der Enden 3, 4 des elastisch verformbaren Kontaktelementes im gespannten Zustand vorliegt. Die Beabstandung der Enden 3, 4 kann im gespannten Zustand geringer sein als die Beabstandung der Enden 3, 4 im entspannten Zustand (vergleiche 3).
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Eine Entfernung des Gegenkontaktelementes 7 von dem elastisch verformbaren Kontaktelement 1 führt zu einer Umkehr der Verformung des elastischen Kontaktelementes 1, so dass ausgehend von der 4 wieder der Zustand des elastisch verformbaren Kontaktelementes 1, wie in der 2 gezeigt, eingenommen werden kann.
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Neben einer Verwendung eines gewendelten elastisch verformbaren Kontaktelementes 2 ist auch die Nutzung weiterer verschiedenartig geformter elastisch verformbarer Kontaktelemente 1 möglich. So können beispielsweise auch lamellenartigen verformbare Kontaktelemente zum Einsatz gelangen oder auch doppelt gewendelte Kontaktelemente genutzt werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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