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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kontaktkörper, aufweisend ein Volumen umhüllt von einer durchbrochenen Mantelfläche, wobei der Kontaktkörper eine ihn durchsetzende und von der Mantelfläche begrenzte Öffnung aufweist.
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Derartige Kontaktkörper werden insbesondere bei Leistungskontakten eingesetzt, die hohe Stromdichten übertragen sollen. Es kann sich hierbei beispielsweise um einen Kontaktstift handeln, der eine oder zwei Leistungsplatinen durchsetzt und diese miteinander leitend verbindet und dessen Verbindungssicherheit zusätzlich durch einen ihn umgebenden Kontaktkörper erhöht werden soll.
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Derartige Kontaktkörper werden jedoch auch dazu eingesetzt, eine EMV-Abschirmung zu erreichen, wozu sie eine möglichst geschlossene Oberfläche aufweisen sollen.
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Für die genannten Zwecke waren die bisherigen Kontaktkörper oftmals als endlose und kernlose Schraubenfedern ausgebildet, die in etwa zu einem Torus gebogen wurden. Für den Fall der Leistungskontaktierung wurde die zentrale Öffnung der Feder von einem Kontaktstift oder dergleichen durchsetzt, die Feder lag mit ihren einzelnen Windungen punktförmig an dem Kontaktstift an, die Windungen untereinander lagen per Linienanlage aneinander an. Die Feder kann ihrerseits in einer Nut oder einem wannenförmigen und gedeckelten Abschnitt aufgenommen sein. Sie stellen so eine gute Kontaktierung des Steckers sicher, auch wenn sich dieser in seiner Steckeraufnahme lageverändert, beispielsweise aufgrund thermischer Ausdehnung unter Last. Die Federwirkung ist also vor allem zur Aufbringung einer Haltekraft erforderlich. Aufgrund ihrer mehr oder weniger geschlossenen Oberfläche in Kontaktlage dient sie gleichzeitig zur EMV-Abschirmung.
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Nachteilig an den bekannten Federn sind deren hohe Herstellungskosten und die oftmals erfolgende irreversible Verformung, so dass eine sichere Kontaktierung nicht auf Dauer gewährleistet ist.
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Die vorliegende Erfindung stellt sich daher die Aufgabe, eine Verbesserung dieses torusförmigen Kontaktes zu erreichen.
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Diese Aufgabe wird bei einem Kontaktkörper aufweisend ein Volumen umhüllt von einer durchbrochenen Mantelfläche, wobei der Kontaktkörper eine ihn durchsetzende und von der Mantelfläche begrenzte Öffnung aufweist, dadurch gelöst, dass die Mantelfläche gebildet ist durch an ihrer Basis miteinander verbundenen und frei endenden Armen, wobei die Arme in Richtung auf ihre Basis zurückgebogen ausgebildet sind, wobei entlang der gemeinsamen Basis gesehen, sowohl rechte als auch linke Biegungen der Arme vorgesehen sind. Der Kontaktkörper weist ein von einer Mantelfläche umgebenes Volumen auf, wobei die Mantelfläche das Volumen nicht vollständig von der Umgebung abgrenzt. Ähnlich einem Torus ist der erfindungsgemäße Kontaktkörper von einer Öffnung durchsetzt, deren Durchtrittsquerschnitt durch die Mantelfläche begrenzt ist, bzw. die durch die Mantelfläche selbst begrenzt ist. Diese Öffnung kann zur Aufnahme eines Kontaktsteckers dienen, jedoch auch ohne Kontaktierung abzuschirmende Bauteil umgeben. Der Begriff „Torus“ ist jedoch nicht streng mathematisch zu verstehen sondern als Angabe über die ungefähre räumliche Form des Kontaktkörpers. Insbesondere ist die Mantelfläche des Kontaktkörpers durchbrochen, der Torus also nicht streng durch Rotation eines Kreises um eine nicht auf der Kreisfläche senkrecht stehende Achse entstanden zu denken. Die Erfindung versteht unter Mantelfläche die physisch vorhandene Oberfläche des Kontaktkörpers. Die an ihrer Basis miteinander verbundenen Arme geben der aus den Armen gebogenen Mantelfläche Stabilität nach Art eines Rückgrats, von dem Rippen abgehen. Die frei endenden Arme sind in Richtung auf ihre Basis zurückgebogen ausgebildet, so dass sie die Oberflächenkrümmung des Kontaktkörpers quer zu seiner Längsrichtung definieren und den größten Teil der Mantelfläche bilden. Unter Längsrichtung versteht die Erfindung dabei eine Richtung entlang der Basis der Arme, also in etwa äquatorial um den gedachten Torus herum gesehenen und zwar bevorzugt auf dessen von der Öffnung wegzeigenden Außenseite. Die Rückbiegung erfolgt insbesondere stetig. Die Biegung kann einen einheitlichen Radius aufweisen, einen sich entlang des Armes ändernden Biegeradius aufweisen oder sogar diskontinuierlich verlaufen, also segmentiert erfolgen. Die auf die gemeinsame Basis der Arme zurückgerichtete Biegung führt zu einem Federeffekt entlang der Längsrichtung der Arme und damit entlang der Umfangsrichtung der Mantelfläche, da die freien Enden der Arme atmen also sich bewegen können. Mit großem Vorteil schlägt die Erfindung vor, die Biegerichtung der Arme entlang der gemeinsamen Basis gesehen nicht einheitlich zu gestalten, sondern entlang dieser gesehen sowohl rechte als auch linke Biegungen der Arme vorzusehen. Dies erhöht die Federwirkung des erfindungsgemäßen Kontaktkörpers deutlich, er wird darüber hinaus stabiler. Die Breite des Verbindungsabschnittes der Arme an deren Basis ist dabei so gewählt, das der Kontaktkörper eine ausreichende Stabilität erhält und gleichzeitig eine optimale Rundung der Arme ermöglich ist. Die Arme können dabei unmittelbar benachbart zueinander angeordnet sein aber auch größere Abstände zueinander aufweisen, die auch uneinheitlich entlang der Längsachse gesehen sein können. Auch können Gruppen von Armen vorgesehen sein die zu einer benachbarten Gruppe beabstandet sind, wobei die Abstände zwischen den Armen innerhalb einer Gruppe kleiner als der Abstand einer Gruppe zur nächsten ausgebildet ist. Die Arme und Armgruppen können auf einer Seite der gemeinsamen Basis angeordnet sein, bevorzugt ist jedoch die beidseitige Anordnung an der gemeinsamen Basis, also einer gegenüberliegenden Anordnung. Die Arme bestehen dabei bevorzugt aus Flachmaterial.
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In Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Arme abwechselnd rechts herum und links herum gebogen ausgebildet sind. Hierbei ist es erfindungsgemäß, den Wechsel in der Biegerichtung von Arm zu Arm vorzusehen, oder von Armgruppe zu Armgruppe, wobei eine Armgruppe aus zwei, drei, vier oder mehr unmittelbar benachbarten Armen gebildet ist. Wie bereits erläutert, führt insbesondere der Wechsel in der Biegerichtung von Arm zu Arm dazu, dass der Kontaktkörper hervorragende Federeigenschaften in jede Raumrichtung aufweist und gleichzeitig hohe Rückstellkräfte bei auf seine Ober- bzw. Unterseite einwirkenden Auslenkungen. Gemäß dieser Ausgestaltung verläuft also ein Arm ausgehend von der gemeinsamen Basis über die Unterseite zur Oberseite und der unmittelbar benachbarte Arm ausgehend von der gemeinsamen Basis über die Oberseite zur Unterseite des Körpers. Unter Oberseite versteht die Erfindung die bei einem liegenden Körper zum Betrachter weisende Seite, unter Unterseite die dann von ihm wegweisende, der Oberseite gegenüberliegende Seite.
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In Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass ein Arm zwischen zwei benachbarten Armen und der gemeinsamen Basis mit einer Spaltweite beabstandet verlaufend ist. Diese Beabstandung gibt räumliches Spiel für Ausweichbewegungen der Arme in jede Richtung.
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Alternativ hierzu ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Arme einander entlang ihrer Biegerichtung überlappend ausgebildet sind. Dies führt zwar zu einer reduzierten Federwirkung, kann jedoch aus Gründen einer möglichst geschlossenen Oberfläche zur EMV-Abschirmung wünschenswert sein.
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Weist ein Arm eine trapezförmige Hauptfläche auf, so kann er mit Vorteil um die Längsachse des Torus gebogen werden und bildet dabei den geringeren Radius in Richtung auf die zentrale Öffnung ab. Die bislang beschriebenen Arme sind aus Flachmaterial gebildet und nicht aus Rundmaterial, wie der Draht der bekannten Schraubenfeder.
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Ist mindestens ein Arm bombiert ausgebildet, so wird in Betriebsposition eine nochmals verbesserte Kontaktierung des die zentrale Öffnung durchsetzenden Steckers erreicht. Diese Bombierung ist nicht erforderlich, wo der Kontaktkörper zur reinen EMV-Abschirmung eingesetzt wird.
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In Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Arme eine gleichförmige Biegung aufweisen, sich ihr Biegeradius also nicht ändert. Dies ergibt besonders federwirksame, runde Bögen, die dem erfindungsgemäßen Kontaktkörper eine hohe Stabilität verleihen.
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Alternativ ist vorgesehen, die Arme nicht gleichförmig gebogen auszugebilden, insbesondere einen oder mehrere überwiegend gerade Abschnitte vorzusehen. Hierdurch können, falls gewünscht, flächige Anlagen an die von der Vorrichtung im Betriebszustand kontaktierten Bauteile erreicht werden. Eine nicht gleichförmige Biegung bedeutet erfindungsgemäß, dass sich der Biegeradius im Verlauf der Biegung ändert oder ganz verschwindet, in diesem Fall erhält man die geraden Abschnitte.
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Weisen die Arme von Arm zu Arm unterschiedliche Breiten auf, wird mit Vorteil eine hohe Variabilität in der Anpassung an umgebende Bauteile erreicht.
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Schließlich ist vorgesehen, dass die Spaltweite in Richtung auf die zentrale Öffnung abnehmend ausgebildet ist. Dies hält das Verhältnis von Spaltweite zu Breite eines Armes konstant, die Abschirmungswirkung bleibt erhalten. Es ist auch erfindungsgemäß, ganz geringe Spaltweiten vorzusehen, so dass es sehr schnell zu einer Anlage eines Armes an einen benachbarten kommt. Hierdurch wird zwar die Federwirkung des Kontaktkörpers verringert, jedoch mit Vorteil für die EMV-Abschirmung die Mantelfläche noch geschlossener.
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In Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass wenigstens einige, vorzugsweise alle, Arme eine Beschichtung aufweisen. Aufgrund der vorteilhaften Verwendung von Flachmaterial für die Arme kann dieses insbesondere galvanisch beschichtet ausgebildet sein, wobei die Beschichtung auf der späteren Außenseite des Kontaktkörpers bevorzugt ist. Dieser besteht beispielsweise aus einem Eisenmaterial oder einem Nichteisenmetall, oder einer entsprechenden Legierung, seine Oberfläche ist mit einer Gold- oder Silberschicht beschichtet ausgebildet. Sie kann geglättet oder gehärtet oder sonst wie bearbeitet sein. Ebenso kann vorgesehen sein, die Kanten zu glätten, zu brechen oder zu runden. Alleine die Möglichkeit einer auch einseitig erfolgenden Beschichtung vorzusehen, erhöht die Einsatzmöglichkeit und die Parameteranpassung im Vergleich zum Drahtmaterial einer bekannten Schraubenfeder deutlich.
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Die Erfindung wird in einer bevorzugten Ausführungsform unter Bezugnahme auf eine Zeichnung beispielhaft beschrieben, wobei weitere vorteilhafte Einzelheiten den Figuren der Zeichnung zu entnehmen sind. Funktionsmäßig gleiche Teile sind dabei mit denselben Bezugszeichen versehen.
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Die Figuren der Zeichnung zeigen im Einzelnen:
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1 eine schematische perspektivische Ansicht des Kontaktkörpers,
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2 eine Aufsicht mit Abwicklung,
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3 eine Ansicht des Kontaktkörpers in beispielhafter Einbaulage und
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4 eine andere Ausführungsform.
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1 zeigt den erfindungsgemäßen Kontaktkörper 1 in perspektivischer Ansicht. Bei dieser Ausführungsform ist der Kontaktkörper 1 in etwa torusförmig ausgebildet. Seine Mantelfläche 2 begrenzt den Durchtrittsquerschnitt einer Öffnung 3 und umschließt ein Volumen des Kontaktkörpers. Die Mantelfläche 2 ist durchbrochen ausgebildet. Sie weist zwei Hauptrichtungen auf: entlang der Längsachse 8 des Torus und rechtwinklig dazu entlang des gedachten Kreisumfanges von der der Öffnung 3 zugewandten Seite der Mantelfläche zu der von der Öffnung 3 wegweisenden Seite. Die Arme 5 sind an ihrer Basis 4 miteinander verbunden ausgebildet. Die gemeinsame Basis 4 aller Arme 5 bildet daher in Abwicklung gesehen einen in etwa rechtwinklig ausgebildeten Abschnitt, der als Rückgrat bezeichnet werden kann. Dieser Abschnitt läuft entlang der Längsachse 8 des Kontaktkörpers 1 und kann endlos ausgebildet sein. Alternativ kann er einen Anfang und ein daran angrenzendes Ende aufweisen. In diesem Fall ist der Kontaktkörper nicht geschlossen, was in bestimmten Anwendungsfällen jedoch nicht nachteilig sein muss. Das nicht dargestellte Ende kann mit dem nicht dargestellten Anfang stoffschlüssig verbunden sein, beispielsweise geschweißt oder per Verbindungsvorrichtung, wie eine Steckverbindung, verbunden sein. Die Mantelfläche 2 wird gebildet durch die Hauptflächen 7 der Arme 5. Diese sind von der gemeinsamen Basis 4 entlang der Längsachse 8 aus gesehen abwechselnd rechts und links herum gebogen, bei dieser Ausführungsform mit gleichbleibendem Biegeradius. Die freien Enden 9 der Arme 5 enden mit Spaltweite 7 oberhalb bzw. unterhalb der gemeinsamen Basis 4. Dargestellt sind ebenfalls Federwirkungsrichtungen 10, die der erfindungsgemäße Kontaktkörper aufweist, d.h. diejenigen Richtungen, in die eine Federwirkung vorliegt.
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Im Gegensatz zu der dargestellten, etwa ring- oder torusförmigen Ausgestaltung kann der erfindungsgemäße Kontaktkörper auch eher rechteckig geformt sein, beispielsweise wenn er als EMV-Abschirmung um eine Gehäuseöffnung gelegt wird, die eher rechteckig als rund ausgestaltet ist. In diesem Fall wäre die Basis 4 erfindungsgemäß in den Ecken so ausgestaltet, dass von ihr im Knickpunkt keine Arme abgehen.
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2 zeigt eine Aufsicht mit Abwicklung des Leistungskontaktes 1. Gut zu erkennen ist die in Richtung auf die Öffnung 3 hin abnehmende Spaltweite 6 zwischen zwei benachbarten Armen 5. Die Arme 5 bilden auf der Innenseite eine Linienanlage an einen die Öffnung 3 durchsetzenden Kontaktstift, deren Qualität durch die erfindungsgemäß vorgesehene Bombierung der Arme in diesem Bereich verbessert werden kann. Dargestellt sind ebenfalls Federwirkungsrichtungen 10, die der erfindungsgemäße Kontaktkörper aufweist, d.h. diejenigen Richtungen, in denen eine Federwirkung vorliegt.
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Die Abwicklung zeigt die etwa trapezförmige Ausgestaltung der Hauptflächen 7 der Arme 5 sowie deren freies Ende 9. Sämtliche Arme 5 gehen von der gemeinsamen Basis 4 aus und wechseln sich bei dieser Ausführungsform in ihrer Folge entlang dessen Längsachse ab. Die voneinander wegweisenden Arme 5 werden seitenspezifisch gebogen, also die in 2 in der Zeichenebene nach oben weisenden Arme 5 in Richtung entlang der Längsachse 11 gesehen nach links und die gegenüberliegenden, nach unten weisenden nach rechts.
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3 zeigt eine Ansicht des Kontaktkörpers 1 in beispielhafter Einbaulage. Die Öffnung 3 ist durch einen Stecker 12 durchsetzt, an dessen Mantelfläche der Kontaktkörper 1 mit seiner Innenseite anliegt. Der Kontaktkörper 1 ist in einer Steckerführung 13 aufgenommen, deren Wände er mit seiner Unter- und Außenseite kontaktiert. Nicht dargestellt ist ein Deckel, der den Kontaktkörper 1 nach oben hin abdeckt und der ebenfalls kontaktiert wird. Der Stecker 12 kann eine zur Krümmung der Oberfläche der Mantelfläche 2 korrespondierende radial umlaufende Nut aufweisen, so dass die Kontaktierung zum und auch die Rückhaltekräfte des Kontaktkörpers 1 verbessert sind.
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Wäre der Kontaktkörper zur EMV-Abschirmung eingesetzt, so wäre in 3 anstelle des Steckers 12 in der Öffnung 3 des Kontaktkörpers 1 ein Hohlraum, der beispielsweise von Leitern durchsetzt wird und in eine Schaltung oder dergleichen führt. Die Innenseite des Kontaktkörpers 1 würde dann nicht an dem Stecker anliegen, vielmehr wäre die Steckerführung 13 so ausgebildet, dass sie auch die Innenseite des Kontaktkörpers 1 berührt, dieser würde also in einer Nut laufen, die um eine Öffnung verläuft, in der die abzuschirmenden Bauteile angeordnet sind.
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4 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung für solche Zwecke. Hier sind die Arme nicht durchgehend gebogen ausgebildet sondern weisen vielmehr überwiegend gerade Abschnitte auf. Auch ist der Kontaktkörper nicht torusförmig oder oval torusförmig ausgebildet sondern wie beschrieben eher rechteckig. An dem zugrunde liegenden Aufbau aus gemeinsamer Basis und davon abgehenden, auf die Basis abwechselnd rechts und links zurückgebogenen Armen mit freiem Ende ist nichts geändert.
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Der erfindungsgemäße Kontaktkörper kann Ströme von bis zu 600 A sicher leiten, gleichzeitig führt seine sehr geschlossene Mantelfläche zu einem hohen Maß an elektromagnetischer Abschirmung und bei allem steht eine hohe Federwirkung zur Verfügung. Der erfindungsgemäße Leistungskontakt besteht vorzugsweise aus einem korrosionsbeständigen Stahl, insbesondere einem hochlegierten Stahl, die Wandstärke der verwendeten Stahlbleche liegen zwischen 0,1 mm und 1,2 mm. Er wird über Stanz-Biegeoperationen aus Endlosmaterial kostengünstig hergestellt.
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Es ist ebenfalls erfindungsgemäß, den Kontaktkörper nicht als separates Bauteil bestimmter Länge zu fertigen, sondern als Endlosstrang, der von einem Benutzer für seine Bedürfnisse abgelängt wird und dessen Form der gewünschten Form angepasst wird, beispielsweise als Oval, n-Eck, oder in einer allgemein als rund zu bezeichnenden Form. Der erfindungsgemäße Kontaktkörper kann in sehr unterschiedlichen Biegeradien und Materialstärken gefertigt werden, von kleinen Ringen mit einem Durchmesser von wenigen Millimetern bis hin zu größeren Objekten mit mehreren Zentimetern oder mehreren Zehn Zentimetern Durchmesser. Die vom erfindungsgemäßen Kontaktkörper aufgebrachte Federkraft ist vorteilhafterweise nicht negativ an die Materialstärke gekoppelt. Eine erhöhte Materialstärke führt aufgrund der Spaltweiten und/oder aufgrund der abwechselnden Biegungsrichtungen der Arme 5 nicht zu einer erhöhten Starrheit des erfindungsgemäßen Kontaktkörpers 1, dieser behält vielmehr seine Federwirkung.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kontaktkörper
- 2
- Mantelfläche
- 3
- Öffnung
- 4
- Basis
- 5
- Arm
- 6
- Spaltweite
- 7
- Hauptfläche
- 8
- Längsachse
- 9
- Freies Ende
- 10
- Federwirkungsrichtung
- 11
- Längsachse Abwicklung
- 12
- Stecker
- 13
- Steckerführung
