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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Federkäfig zum Verbinden von zumindest zwei Steckzungen, wie beispielsweise zwei Stromschienen oder einer Stromschiene und einer externen Komponente, wie einer Sicherung oder einem Relais in einem Stromverteiler.
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Stand der Technik
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Die vorliegende Erfindung wird im Folgenden hauptsächlich in Verbindung mit Schaltelementen für Fahrzeugbordnetze beschrieben. Die Erfindung kann aber bei jeder Anwendung genutzt werden, in der elektrische Lasten verteilt werden.
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Um eine elektrisch leitende Verbindung zwischen zwei Stromschienen zu erreichen, können Flachseiten der Stromschienen gegeneinander gepresst werden. Beispielsweise können bei einem Stromverteiler in einem Federkäfig des Stromverteilers zwei Steckzungen der Stromschienen durch eine Feder gegen ein Widerlager gepresst werden. Die Feder wird mit einer Federkraft gespannt, wenn die Steckzungen zwischen die Feder und das Widerlager eingesteckt werden. Durch die Federkraft werden die Steckzungen flächig zusammengepresst und es resultiert eine stromtragfähige Verbindung.
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Beim Einstecken der Steckzungen ist es erforderlich, darauf zu achten, dass beide Steckzungen zwischen die Feder und das Widerlager eingesteckt werden, da bei einem Falschstecken ein schlechter elektrischer Kontakt resultieren kann.
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US 5 975 963 A beschreibt einen Buchsenanschluss, der zum Einsetzen in ein Montageloch eingerichtet ist, das in einer Leiterplatte ausgebildet ist. Dabei enthält der Buchsenanschluss einen zylindrischen Bereich zum Einsetzen eines Steckeranschlusses, der durch die Leiterplatte hindurchtritt.
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US 3 937 553 A offenbart einen elektrischen Anschlussverbinder zum Einfügen oder Einschnappen in eine montierte Position auf einer Leiterplatte, um darin sicher gehalten zu werden. Der Verbinder ist dazu ausgelegt, eine Vielzahl elektrischer Leitungen aufzunehmen und Zinken zum Einrasten und sicheren Halten der Leitungen in dem Verbinder aufweist.
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DE 601 18 268 T2 zeigt einen Anschlusshauptkörperabschnitt mit einer rechteckigen zylindrischen Form, der in ein Befestigungsloch eingeführt werden kann, das an einem Substrat ausgebildet ist. An seinem oberen Endabschnitt ist er mit einem männlichen Anschluss und an seinem unteren Endabschnitt mit einem Befestigungsbasisabschnitt versehen.
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DE 101 37 350 B4 offenbart eine Steckverbindung mit einem Buchsenteil, in dessen Steckeraufnahme in Verbindungsstellung der Steckverbindung ein Steckerteil eingreift. An einander gegenüberliegenden Seiten der Steckeraufnahme sind an dem Buchsenteil Anlagestellen für das Steckerteil vorgesehen, von denen wenigstens eine als elektrischer Kontakt ausgebildet ist. Die Anlagestellen sind gegen die Rückstellkraft wenigstens eines Federelements in ihrem lichten Abstand zueinander verstellbar und liegen in Verbindungsstellung der Steckverbindung beidseits an dem Steckerteil an.
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Beschreibung der Erfindung
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Eine Aufgabe der Erfindung ist es daher, unter Einsatz konstruktiv möglichst einfacher Mittel ein Falschstecken zu verhindern und einen guten elektrischen Kontakt zwischen den eingesteckten Steckzungen zu ermöglichen.
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Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und den begleitenden Figuren angegeben. Insbesondere können die unabhängigen Ansprüche einer Anspruchskategorie auch analog zu den abhängigen Ansprüchen einer anderen Anspruchskategorie weitergebildet sein.
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Es wird ein Federkäfig zum Verbinden von zumindest zwei Steckzungen vorgestellt, wobei der Federkäfig zwei gleichartige, bogenförmige Biegefedern aufweist, die aus zwei gegenüberliegenden Seitenflächen des Federkäfigs gestanzt und von den Seitenflächen in Richtung eines Innenraums des Federkäfigs gebogen sind, wobei freie Enden der Biegefedern aus dem Innenraum bogenförmig in Richtung der Seitenflächen zurückgebogen sind.
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Weiterhin wird ein Stromverteiler mit zumindest einem Federkäfig gemäß dem hier vorgestellten Ansatz vorgestellt, wobei der Federkäfig in einem Durchbruch eines Gehäuses des Stromverteilers eingesteckt ist und zumindest eine Kontaktzunge einer Stromschiene in einem Zwischenraum zwischen den Biegefedern angeordnet ist, wobei die freien Enden der Biegefedern über die Seitenflächen des Federkäfigs hinaus gebogen sind und eine Lage des Federkäfigs in dem Durchbruch festlegen.
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Unter einer Biegefeder kann eine Blattfeder verstanden werden. Die Biegefeder wirkt einer Auslenkung aus einer entspannten Lage mit einer der Auslenkung entgegen gerichteten Federkraft entgegen. Die Federkraft ist abhängig von der Auslenkung und einer Federrate der Biegefeder. Die Federrate ist abhängig von einem Material und einem Querschnitt der Biegefeder. Insbesondere ist die Federrate von einer Materialstärke der Biegefeder abhängig. Die Biegefedern sind symmetrisch zueinander angeordnet. In entspanntem Zustand kann zwischen den Biegefedern ein freier Zwischenraum vorhanden sein. Der Zwischenraum kann schmaler als eine Materialstärke zumindest einer Steckzunge sein. Eine Stromschiene kann ein Streifen aus einem elektrisch leitenden Werkstoff sein. Die Stromschiene kann einen rechteckigen Leitungsquerschnitt aufweisen. Stromschienen werden verwendet, wenn auf engem Raum mittlere bis hohe elektrische Ströme verteilt werden sollen. Die Stromschiene kann mehrere Steckzungen aufweisen. Die Steckzungen können an Abzweigungen der Stromschiene und/oder Enden der Stromschiene angeordnet sein. Die Biegefedern werden beim Einstecken der Steckzungen in entgegengesetzte Richtungen ausgelenkt beziehungsweise gebogen. Die resultierenden Federkräfte wirken in Richtung der Steckzungen und pressen die Steckzungen gegeneinander. Ein Federkäfig kann ein Träger für die Biegefedern sein. Der Federkäfig positioniert die Biegefedern zueinander und stützt das durch die Auslenkung resultierende Biegemoment ab. Der Federkäfig stützt auch die Gegenkräfte zu den Federkräften ab. Ein Gehäuse kann aus einem Kunststoffmaterial bestehen. Ein Durchbruch kann ein Durchgangsloch sein. Der Durchbruch kann eine viereckige Querschnittsfläche aufweisen. Die freien Enden können in Seitenflächen des Durchbruchs verkrallt sein, wenn zumindest eine Steckzunge zwischen den Biegefedern angeordnet ist.
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Die freien Enden können in entspanntem Zustand einen kleineren Abstand zu einer Ebene der Seitenfläche aufweisen, als eine Materialstärke einer einzelnen Steckzunge. Durch den geringen Abstand kann die Steckzunge nicht zwischen das freie Ende und den Federkäfig gesteckt werden. Die Biegefedern bilden eine Einführschräge hin zu dem Zwischenraum zwischen den Biegefedern aus.
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Die freien Enden können in entspanntem Zustand die Ebene der Seitenfläche durchstoßen. Die freien Enden können als Sicherungselement für den Federkäfig beim Einführen in den Durchbruch verwendet werden. Die freien Enden werden beim Einführen in einer vorgesehenen Einführrichtung in den Federkäfig zurückgebogen und verhindern wie Wiederhaken ein Zurückziehen des Federkäfigs entgegen der Einführrichtung. Wenn versucht wird, den Federkäfig entgegen der Einführrichtung einzuführen, verhindern die freien Enden das Einführen.
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Die Biegefedern sind an einem Übergang zwischen der jeweiligen Seitenfläche und der Biegefeder um einen Winkel zwischen 20° und 70°, insbesondere zwischen 30° und 60°, insbesondere zwischen 40° und 50° abgewinkelt. Durch die schräge Ausrichtung der Biegefedern am Übergang und an den freien Enden wirken die Biegefedern wie ein Trichter, der die Kontaktzungen beim Einstecken zu dem Zwischenraum zwischen den Biegefedern lenkt.
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Der Übergang ist mit einem Radius verrundet. Durch einen definierten Radius sind die Biegefedern bruchresistent, da die Kerbwirkung durch eine scharfe Kante entfällt. Mit Radius weisen die Biegefedern eine höhere Federrate auf.
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Die freien Enden können scharfkantig sein. Durch scharfe Kanten können die freien Enden in das Gehäuse einschneiden und sich besonders gut verhaken beziehungsweise verkrallen.
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Der Federkäfig kann einen Richtungsanzeiger zum Anzeigen einer Einsteckrichtung für den Federkäfig aufweisen. Beispielsweise kann der Richtungsanzeiger ein Pfeil oder ein an einem Ende des Federkäfigs angeordneter Flansch sein. Der Flansch kann an einer Oberfläche des Gehäuses anliegen und als Tiefenanschlag des Federkäfigs dienen. Ein Pfeil kann beispielsweise in eine Fläche des Federkäfigs eingeprägt sein oder aus dem Federkäfig ausgeschnitten beziehungsweise gestanzt sein.
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Die Biegefedern können in seitliche Aussparungen des Durchbruchs gebogen sein. Eine Aussparung kann ein Schlitz sein, der im Wesentlichen parallel zu einer Kante des Durchbruchs ausgerichtet ist. Die Aussparungen können definierte Rastpositionen für die freien Enden sein. In den Aussparungen können die freien Enden auch mit wenig Druck sicher die Position des Federkäfigs festlegen. In entspanntem Zustand über die Seitenflächen stehende freie Enden können in den Aussparungen einrasten, auch wenn keine Steckzunge in dem Zwischenraum zwischen den Biegefedern angeordnet ist.
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Der Federkäfig kann an einer Anschlagsfläche des Durchbruchs anliegen. Der Durchbruch kann einen Absatz aufweisen, an dem eine Querschnittsfläche des Durchbruchs sprunghaft geringer wird. Die Anschlagsfläche kann im Wesentlichen senkrecht zu der Einsteckrichtung ausgerichtet sein. Durch die Anschlagfläche kann der Federkäfig vor dem Einstecken der Steckzungen in einer definierten Position angeordnet werden.
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Der Durchbruch kann zwei unbenutzte Aussparungen aufweisen. Die unbenutzten Aussparungen können im Durchbruch symmetrisch zu einer Mittelachse des Federkäfigs angeordnet sein. Die unbenutzten Aussparungen können dort angeordnet sein, wo die freien Enden einrasten würden, wenn der Federkäfig andersherum in dem Durchbruch angeordnet wird.
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Figurenliste
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Nachfolgend wird ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitenden Figuren erläutert. Es zeigen:
- 1 eine Schnittdarstellung eines Stromverteilers gemäß einem Ausführungsbeispiel;
- 2 eine Darstellung eines in einen Stromverteiler eingesetzten Federkäfigs gemäß einem Ausführungsbeispiel; und
- 3 eine Darstellung eines Federkäfigs gemäß einem Ausführungsbeispiel.
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Die Figuren sind lediglich schematische Darstellungen und dienen nur der Erläuterung der Erfindung. Gleiche oder gleichwirkende Elemente sind durchgängig mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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Detaillierte Beschreibung
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Zum leichteren Verständnis werden in der folgenden Beschreibung die Bezugszeichen zu den 1-3 als Referenz beibehalten.
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1 zeigt eine Schnittdarstellung eines Stromverteilers 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Der Stromverteiler 100 weist mehrere Federkäfige 102 zum Verbinden von elektrisch leitenden Steckzungen 104 auf. Die Steckzungen 104 sind Kontaktelemente von beispielsweise Stromschienen 106 oder Schaltungselementen 108, wie Relais oder Sicherungen. Die Federkäfige 102 sind in Durchbrüche 110 durch ein Gehäuse 112 des Stromverteilers 100 eingesteckt. In einem Federkäfig 102 werden je zumindest zwei Steckzungen 104 von je zwei gleichartigen Biegefedern 114 des Federkäfigs 102 in einem Kontaktbereich gegeneinander gepresst. Die Biegefedern 114 pressen aus entgegengesetzten Richtungen auf Flachseiten der Steckzungen 104.
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Eine Biegefeder 114 ist ein bogenförmig geprägter Teilbereich einer Seitenfläche 116 des Federkäfigs 102. Die Biegefedern 114 sind aus entgegengesetzten Seitenflächen 116 des Federkäfigs 102 gestanzt und gebogen. Die Biegefedern 114 sind viereckig und an drei Seiten von der Seitenfläche 116 getrennt. An einer vierten Seite ist ein Übergang 118 zwischen der ebenen Seitenfläche 116 und der bogenförmigen Biegefeder 114 geprägt. Der Übergang 118 ist mit einem Radius geprägt. Am Übergang 118 ist die Biegefeder 114 gegenüber der Seitenfläche 116 um etwa 45° in Richtung eines Innenraums 120 des Federkäfigs 102 abgewinkelt. Beginnend am Übergang 118 ist die Biegefeder 114 kreisbogenförmig oder ellipsenbogenförmig gebogen, bis ein freies Ende 122 der Biegefeder 114 wieder unter etwa 45° beziehungsweise 135° zu der Seitenfläche 116 ausgerichtet ist. Der Kreisbogen der Biegefeder 114 erstreckt sich damit in etwa über 90°. Zwischen einer Ebene der Seitenfläche 116 und dem freien Ende 122 bleibt in entspanntem Zustand maximal ein Spalt, der schmaler ist, als eine Kontaktzunge 104 dick ist. So kann auch eine einzelne Kontaktzunge 104 nicht zwischen die Biegefeder 114 und die Seitenfläche 116 gesteckt werden. Hier liegt das freie Ende 122 im entspannten Zustand in der Ebene der Seitenfläche 116. Durch die Bogenform bilden die Biegefedern 114 aus beiden Richtungen gesehen einen Trichter als Einführhilfe aus. Die Steckzungen 104 können dabei aus entgegengesetzten Richtungen oder aus der gleichen Richtung in die Durchbrüche 110 beziehungsweise Federkäfige 102 gesteckt werden. Bei dem geschnittenen Federkäfig 102 sind zwei Steckzungen 104 von Stromschienen 106 aus entgegengesetzten Richtungen eingesteckt. Eine der Stromschienen 106 ist als Strombrücke zu dem weiteren Federkäfig 102 ausgebildet. Die Strombrücke verteilt elektrische Energie zwischen mehreren Verbrauchern beziehungsweise Lasten. Im weiteren Federkäfig sind zumindest zwei Steckzungen 104 miteinander elektrisch leitend verbunden. Die Steckzunge 104 der als Strombrücke gesteckten Stromschiene 106 und eine Steckzunge 104 eines Schaltungsbauteils 108 sind aus der gleichen Richtung eingesteckt.
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Durch die Bogenform liegen die Biegefedern 114 des Federkäfigs 102 immer tangential an den Steckzungen 104 an. Dadurch werden die Steckzungen 104 im Kontaktbereich flach aufeinander gepresst.
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Beim Einstecken der Steckzungen 104 werden die Biegefedern 114 aus der entspannten Lage heraus verformt. Spätestens beim Einstecken der zweiten Steckzunge 104 werden die Biegefedern 114 soweit verformt, dass die freien Enden 122 über die Seitenflächen 116 überstehen. An den freien Enden 122 ist der Federkäfig 102 damit breiter, als der Durchbruch 110. Da das Gehäuse 112 aus einem Kunststoffmaterial besteht, können sich die scharfkantigen freien Enden 122 in dem Kunststoffmaterial verkrallen. Der Federkäfig 102 ist so formschlüssig in dem Durchbruch 110 arretiert.
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In einem Ausführungsbeispiel liegen die freien Enden 122 in seitlichen Aussparungen 124 des Durchbruchs 110 an. In den Aussparungen 124 verhaken sich die freien Enden 122 und verhindern so ein Herausziehen des Federkäfigs 102 aus dem Grundkörper 112. Der Federkäfig 102 ist hier mit den freien Enden 122 voran in den Durchbruch 110 eingeschoben. Durch die Begrenzung des Federweges im Gehäuse 112 wird die Federkraft eingestellt.
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Der Grundkörper 112 weist noch zwei weitere Aussparungen 124 in dem Durchbruch 110 auf. Diese sind hier unbenutzt. Wenn der Federkäfig 102 mit den Übergängen 118 voran in den Durchbruch 110 eingeschoben wird, werden die freien Enden 122 beim Einstecken der Steckzungen 104 in die weiteren Aussparungen 124 gedrückt. Die weiteren Aussparungen 124 sind symmetrisch zu einer Querachse 126 des Federkäfigs. Der Kontaktbereich der Kontaktzungen 104 liegt im Bereich der Querachse 126.
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In einem Ausführungsbeispiel weist der Federkäfig 102 an einem Ende einen Flansch 128 auf. Der Flansch 128 ist breiter als der Durchbruch 110 und kann nicht in den Durchbruch 110 gesteckt werden. In eingestecktem Zustand liegt der Flansch 128 auf einer Oberfläche des Grundkörpers 112 auf und begrenzt eine Einstecktiefe des Federkäfigs 102. Beim Bestücken des Stromverteilers 100 kann eine Ausrichtung des Federkäfigs 102 am Flansch 128 erkannt werden, sodass der Federkäfig 102 richtigherum in den Durchbruch 110 gesteckt werden kann.
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In einem Ausführungsbeispiel weist der Durchbruch 110 eine Anschlagfläche 130 zum Begrenzen der Einstecktiefe auf. Beim Bestücken wird der Federkäfig 102 in den Durchbruch 110 geschoben, bis er an der Anschlagfläche 130 anliegt. Falls eine definierte Kontaktzone erforderlich ist, kann eine halbkreisförmige Prägung in eine der Stromschienen 106 beziehungsweise die Steckzungen 104 eingebracht werden. Dies erhöht die Federkraft beziehungsweise Kontaktkraft der Flächenkontaktierung. Der Federkäfig 102 kann auch eine zusätzliche Verrastung aufweisen.
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In einem Ausführungsbeispiel stehen die freien Enden 122 im entspannten Zustand bereits über die Seitenflächen 116 über. Der Federkäfig 102 ist dann ohne Werkzeug nur mit den Übergängen 118 voran in den Durchbruch einsteckbar. Wenn die freien Enden 122 in Kontakt mit einer Kante des Durchbruchs 110 kommen, werden die Biegefedern 114 so weit gespannt, bis die freien Enden 122 im Wesentlichen bündig zu den Seitenflächen 116 sind. Die freien Enden 122 rutschen dann über Innenseiten des Durchbruchs 110 ab und verhindern gleichzeitig ein Herausziehen des Federkäfigs 102 aus dem Durchbruch 110. Wenn der Durchbruch 110 die Aussparungen 124 aufweist, können die freien Enden 122 in den Aussparungen 124 einrasten und eine Position des Federkäfigs 102 im Durchbruch 110 fixieren. Ohne Aussparungen 124 sind die Biegefedern 114 vorgespannt und die scharfkantigen freien Enden 122 verkrallen sich im Kunststoffmaterial des Grundkörpers 112.
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2 zeigt eine Darstellung eines in einen Stromverteiler 100 eingesetzten Federkäfigs 102 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Der Federkäfig 102 entspricht dabei im Wesentlichen dem Federkäfig in 1. Der Federkäfig 102 ist mit den Übergängen 118 voran in den Durchbruch 110 bis zu den Anschlagflächen 130 eingeschoben. Die Kontaktzungen 104 sind zwischen den Anschlagflächen 130 hindurch entgegen einer Einschubrichtung des Federkäfigs 102 zwischen die Biegefedern 114 eingesteckt worden. Der Durchbruch 110 weist wie in 1 Aussparungen 124 auf. Die freien Enden 122 der Biegefedern 114 sind in den Aussparungen 124 eingerastet.
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Eine Materialstärke beziehungsweise Abmessungen des Federkäfigs 102 und der Biegefedern 114 sind abhängig von einer Materialstärke der Steckzungen 104. Der Federkäfig 102 ist dabei etwa sieben Mal so breit, wie eine Kontaktzunge 104 dick ist. Die Materialstärke des Federkäfigs 102 und der Biegefedern 114 entspricht zwischen einem Drittel und der Hälfte der Materialstärke der Steckzungen 104. Der Federkäfig 102 ist an beiden Enden offen.
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3 zeigt eine Darstellung eines Federkäfigs 102 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Der Federkäfig 102 entspricht im Wesentlichen dem Federkäfig in 2. Hier ist eine Draufsicht auf eine Seitenfläche 116 des Federkäfigs 102 dargestellt. Die Seitenfläche 116 ist rechteckig. Die Biegefeder 114 ist durch einen U-förmigen Schnitt 300 aus der Seitenfläche 116 getrennt. Der Schnitt 300 verläuft dabei parallel zu den Kanten der Seitenfläche 116. Durch die eingeprägte Bogenform ist die Biegefeder 114 optisch verkürzt und das freie Ende 122 ist beabstandet zu der Schnittkante der Seitenfläche 116.
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Da es sich bei der vorhergehend detailliert beschriebenen Vorrichtungen und Verfahren um Ausführungsbeispiele handelt, können sie in üblicher Weise vom Fachmann in einem weiten Umfang modifiziert werden, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen. Insbesondere sind die mechanischen Anordnungen und die Größenverhältnisse der einzelnen Elemente zueinander lediglich beispielhaft
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Stromverteiler
- 102
- Federkäfig
- 104
- Steckzunge
- 106
- Stromschiene
- 108
- Schaltungselement
- 110
- Durchbruch
- 112
- Grundkörper
- 114
- Biegefeder
- 116
- Seitenfläche
- 118
- Übergang
- 120
- Innenraum
- 122
- freies Ende
- 124
- Aussparung
- 126
- Querachse
- 128
- Flansch
- 130
- Anschlagfläche
- 300
- Schnitt
