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Die Erfindung betrifft eine Steckverbindung mit einer Redundanzfunktion sowie einem Fahrzeug mit einer solchen Steckverbindung.
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Aus dem Stand der Technik sind Steckverbindungen bekannt, wie beispielsweise in 1 dargestellt. Die Steckverbindung 1 weist eine Steckbuchse 2 und einen in diese einsteckbaren Stecker 3 auf. Die Steckbuchse 2 umfasst Kontaktauflagen 4, denen jeweils ein Federkontakt 5 des Steckers 3 zugeordnet ist. Die Kontaktauflagen 4 sind mit Adern 6 eines Kabels 7 und die Federkontakte 5 mit Adern 8 eines Kabels 9 elektrisch leitend verbunden.
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Bei derartigen Steckverbindungen kann es über die Nutzungsdauer zum Verschleiß der Kontaktstellen kommen. Genauer können durch Mikrobewegungen die Kontaktstellen abgenutzt werden. Je nach verwendetem Material kann es infolgedessen zu Reibkorrosion an den Kontaktstellen kommen, was zu einer Verschlechterung des elektrischen Kontakts und einem höheren Übergangswiderstand führen kann. Daraus kann resultieren, dass sich ausgehend von der Kontaktstelle die Steckverbindung erhitzt. Dies könnte dazu führen, dass die Steckverbindung ausgetauscht werden muss.
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Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung die vorstehend genannten Nachteile zumindest teilweise zu beseitigen. Diese Aufgabe wird durch eine Steckverbindung gemäß Anspruch 1 sowie ein Kraftfahrzeug gemäß Anspruch 10 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird eine Steckverbindung bereitgestellt, mit einer Steckbuchse und einem in diese lösbar gesteckten Stecker; einer oder mehreren elektrisch leitfähigen Kontaktauflagen, und mehreren elektrisch leitfähigen Federkontakten, wobei jeder Kontaktauflage zumindest ein Federkontakt zugeordnet ist und die Federkontakte in zumindest eine erste und zweite Gruppe unterteilt sind, wobei in einem ersten Zustand die Federkontakte der ersten Gruppe mit ihren zugeordneten Kontaktauflagen in Kontakt sind und die Federkontakte der zweiten Gruppen an zumindest einem Anschlag anliegen und mit ihren zugeordneten Kontaktauflagen nicht in Kontakt sind; Auslösemitteln, welche beim Überschreiten einer bestimmten Temperatur bewirken, dass die Federkontakte der zweiten Gruppe den zumindest einen Anschlag überwinden und in einem zweiten Zustand mit ihren zugeordneten Kontaktauflagen in Kontakt kommen. Insbesondere sind die Federkontakte der ersten Gruppe frei von Auslösemitteln. Dies hat den Vorteil, dass die Steckverbindung bei einem erstmaligen Überhitzen mit den Federkontakten der zweiten Gruppe eine Redundanzfunktion aktiviert, bei der die Federkontakte der zweiten Gruppe die Funktion der Federkontakte der ersten Gruppe übernehmen, so dass die Lebensdauer der Steckverbindung deutlich verlängert, insbesondere verdoppelt, wird und die Funktionalität der Steckverbindung sichergestellt ist.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die bestimmte Temperatur eine Temperatur oberhalb einer normalen Betriebstemperatur. Die normale Betriebstemperatur ist abhängig von den verwendeten Materialien, wobei dem Fachmann klar ist, bis zu welcher Temperatur eine bestimmte Steckverbindung mit den verwendeten Materialen sicher verwendet werden kann. Beispielsweise kann die bestimmte Temperatur bei verzinnten Kontaktauflagen 130°C und bei versilberten Kontaktauflagen 150°C betragen. Sie könnte aber auch 100°C, 110°C, 120°C oder eine andere geeignete Temperatur sein.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weisen die Auslösemittel ein Bimetall auf.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung wirken die Auslösemittel beim Überschreiten der bestimmten Temperatur eine Kraft auf die Federkontakte der zweiten Gruppe aus, welche diese hin zu den jeweils zugeordneten Kontaktauflagen drängen.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung sind die Auslösemittel mehrere Bimetallstreifen, von denen je einer einem Federkontakt der zweiten Gruppe zugeordnet ist und jeweils auf der der Kontaktauflage abgewandten Seite des Federkontakts angeordnet ist.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung wirken die Auslösemittel beim Überschreiten der bestimmten Temperatur eine Kraft auf den zumindest einen Anschlag aus, welche diesen weg von den Federkontakten drängen.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung sind die Anschläge einstückig, insbesondere monolithisch, mit den jeweiligen Kontaktauflagen ausgebildet.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der erste Zustand ein Zustand zwischen einem Neuzustand der Steckverbindung und einem Zustand bis zum Erreichen der bestimmten Temperatur und der zweite Zustand ein Zustand ab dem Überschreiten der bestimmten Temperatur.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die Steckverbindung ferner Detektionsmittel auf, mit denen bestimmbar ist, ob sich die Steckverbindung in dem zweiten Zustand befindet. Damit ist feststellbar und an ein Steuergerät bzw. Fahrzeugsteuergerät übermittelbar, dass die Redundanzfunktion bereits aktiviert ist, so dass bei einem künftigen Fahrzeugservice eventuell die betroffene Steckverbindung ausgetauscht werden kann.
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Darüber hinaus stellt die vorliegende Erfindung ein Kraftfahrzeug mit solch einer Steckverbindung bereit.
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Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. In diesen Zeichnungen ist Folgendes dargestellt:
- 1 zeigt schematisch eine Steckverbindung vom Stand der Technik;
- 2a zeigt schematisch eine Draufsicht einer Steckverbindung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
- 2b zeigt schematisch eine Seitenansicht der Steckverbindung aus 2a, geschnitten entlang der Schnittlinie A-A, in einem Zustand vor Aktivierung einer Redundanzfunktion;
- 2c zeigt schematisch den Schnitt aus 2b in einem Zustand nach Aktivierung der Redundanzfunktion;
- 3a zeigt schematisch eine geschnittene Seitenansicht einer Steckverbindung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel in einem Zustand vor Aktivierung einer Redundanzfunktion, und
- 3b zeigt schematisch den Schnitt aus 3a in einem Zustand nach Aktivierung der Redundanzfunktion.
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Die 2a bis 2c zeigen schematisch eine Steckverbindung 10 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Dabei ist 2a eine schematische Draufsicht, 2b eine schematische Seitenansicht entlang einer Schnittlinie A-A (2a) vor einer Aktivierung einer Redundanzfunktion, und 2c eine schematische Seitenansicht entlang einer Schnittlinie A-A (2b) nach einer Aktivierung der Redundanzfunktion.
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Die Steckverbindung 10 weist eine Steckbuchse 11 und einen in diese einsteckbaren Stecker 12 auf. Der Stecker 12 sowie die Steckbuchse 11 sind derart aufeinander abgestimmt, dass der Stecker 12 lösbar in die Steckbuchse 11 einsteckbar ist und im eingesteckten Zustand in der Steckbuchse 11 in Position gehalten wird. Die 2a bis 2c zeigen dabei einen vollständig eingesteckten Zustand des Steckers 12.
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Ferner umfasst die Steckverbindung 10 mehrere elektrisch leitfähige Kontaktauflagen 13a - 13d, beispielsweise in Form von länglichen, flachen Streifen. Darüber hinaus weist die Steckverbindung 10 Federkontakte 14a-14d auf, die den Kontaktauflagen 13a - 13d zugeordnet sind. Die Federkontakte 14a - 14d sind beispielsweise in der Form von länglichen, flachen Streifen mit einem hin zu den Kontaktauflagen 14a - 14d ausgebauchten Abschnitt. Dabei ist es möglich, dass jeweils einem Federkontakt eine eigene Kontaktauflage zugeordnet ist oder aber mehrere Federkontakte einer Kontaktauflage zugeordnet sind, wie später noch genauer erläutert wird. Die Kontaktauflagen 13a - 13d sowie die Federkontakte 14a - 14d sind aus einem elektrisch leitfähigen Material, vorzugsweise einem Metall, wie beispielsweise aus Kupfer mit einer Silberbeschichtung, einer Zinnbeschichtung oder Goldbeschichtung. Sie können vollständig aus einem solchen Material sein oder nur abschnittsweise. Außerdem können die Kontaktauflagen 13a - 13d aus dem gleichen oder einem anderen Material sein wie die Federkontakte 14a - 14d.
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Die Federkontakte 14a - 14d sind in mehrere Gruppen unterteilt, im hier beschriebenen Ausführungsbeispiel in zwei Gruppen. Die Federkontakte 14a und 14b einer ersten Gruppe sind so ausgebildet, dass diese, insbesondere in einem Neuzustand der Steckverbindung 10, im eingesteckten Zustand des Steckers 12, in elektrischem Kontakt mit den jeweils zugeordneten Kontaktauflagen 13a und 13b sind. Genauer ist der Federkontakt 14a derart vorgespannt, dass er in diesem Zustand auf die Kontaktauflage 13a gedrückt wird und eine elektrische Verbindung zwischen diesen Bauteilen hergestellt wird. Analog ist der Federkontakt 14b derart vorgespannt, dass er in diesem Zustand ebenfalls auf die Kontaktauflage 13b gedrückt wird. Sollte sich über die Nutzungsdauer der elektrische Kontakt zwischen einem Federkontakt 14a, 14b der ersten Gruppe und seiner zugeordneten Kontaktauflage 13a, 13b, beispielsweise aufgrund von Oxidation der Kontaktstelle, derart verschlechtern, dass infolge erhöhter Kontaktwiderstände eine Überhitzung der Steckverbindung 10 auftritt, dann werden Federkontakte 14c und 14d der zweiten Gruppe aktiviert und bilden damit eine Redundanzfunktion. Eine Überhitzung der Steckverbindung 10 wird daran festgemacht, dass eine bestimmte Temperatur bzw. erste Schwellwert-Temperatur überschritten wird. Diese ist abhängig von den verwendeten Materialien in der Steckverbindung 10 und deren Temperaturbeständigkeit. Beispielsweise kann die bestimmte Temperatur bei verzinnten Kontaktauflagen 130°C und bei versilberten Kontaktauflagen 150°C betragen. Es könnte aber auch 100 °C, 110 °C, 120 °C oder eine andere geeignete Temperatur als erste Schwellwert-Temperatur gewählt werden. Nachfolgend wird eine solche Aktivierung der Federkontakte 14c und 14d der zweiten Gruppe bzw. diese Redundanzfunktion beschrieben.
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Im Unterschied zu den Federkontakten 14a, 14b der ersten Gruppe sind die Federkontakte 14c, 14d der zweiten Gruppe zusätzlich mit Auslösemitteln 15c, 15d versehen. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Auslösemittel 15c, 15d Bimetallstreifen, von denen jeweils einer auf der der zugeordneten Kontaktauflage 13c, 13d abgewandten Seite der Federkontakte 14c und 14d angeordnet ist. Die Bimetallstreifen liegen an den Federkontakten 14c, 14d an. Darüber hinaus sind Anschläge 16c, 16d vorgesehen an denen die Federkontakte 14c, 14d anliegen. Die Anschläge 16c, 16d sind beispielsweise Vorsprünge von Stiften bzw. Klötzen 17c, 17d, welche fest mit den Kontaktauflagen 13c, 13d verbunden sind (z.B. angeschweißt, aufgeklebt, angeschraubt) oder einstückig mit diesen ausgebildet sind. Die Federkontakte 14c, 14d liegen derart an den Anschlägen 16c, 16d an, dass die Federkontakte 14c, 14d der zweiten Gruppe nicht mit ihren zugeordneten Kontaktauflagen 13c, 13d in Kontakt kommen. Dieser Zustand ist in 2b dargestellt. Das heißt, vor und bis zu einer Aktivierung der Federkontakte 14c, 14d der zweiten Gruppe, sind die Federkontakte 14c, 14d vorgespannt und liegen an den Anschlägen 16c, 16d an, die Vorspannung reicht jedoch nicht aus, die Anschläge 16c, 16d zu überwinden. Das heißt, die Federkontakte 14c, 14d sind in einem ersten Zustand, welcher ein Zustand ab einem Neuzustand bis zu einem erstmaligen Überschreiten der bestimmten Temperatur ist, an den Anschlägen 16c, 16d anliegend von den Kontaktauflagen 13c, 13d beabstandet. Die Bimetallstreifen üben eine temperaturabhängige Kraft 18 auf die Federkontakte 14c, 14d aus. Dazu werden die Bimetallstreifen so ausgerichtet, dass mit zunehmender Temperatur die Mitte der Bimetallstreifen in Richtung weg von den Kontaktauflagen 13c, 13d ausgebaucht wird und die Enden der Bimetallstreifen in Richtung hin zu den Kontaktauflagen 13c, 13d gedrängt werden. Da nur ein Ende der Bimetallstreifen frei ist, wird insbesondere dieses hin zu den Kontaktauflagen 13c, 13d gekrümmt und übt die Kraft 18 auf die Kontaktfedern 14c, 14d aus. Wird die bestimmte Temperatur überschritten, dann erreicht die Kraft 18 einen Wert, der zusammen mit der Vorspannung der Kontaktfedern 14c, 14d ausreicht, dass die Federkontakte 14c, 14d die Anschläge 16c, 16d überwinden und mit den Kontaktauflagen 13c, 13d in Kontakt kommen. Die Vorspannung der Federkontakte 14c, 14d sorgt dafür, dass ein guter elektrischer Kontakt mit den Kontaktauflagen 13c, 13d aufrechterhalten wird. Nach einer solchen Aktivierung bleiben die Federkontakte 14c, 14d dauerhaft in diesem aktivierten Zustand, d.h. in Kontakt mit den Kontaktauflagen 13c, 13d. Durch diese Aktivierung übernehmen die Federkontakte 14c, 14d der zweiten Gruppe und die Kontaktauflagen 13c, 13d der zweiten Gruppe die Funktion der Federkontakte 14a, 14b der ersten Gruppe und der Kontaktauflagen 13a, 13b der ersten Gruppe was eine Redundanzfunktion darstellt.
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Beispielsweise ist eine Ader 19a eines ersten Kabels 20 mit der Kontaktauflage 13a und diese über eine Kabelbrücke, eine Leiterbahn oder dergleichen elektrisch mit der Kontaktauflage 13c verbunden. Analog ist eine Ader 19b des ersten Kabels 20 mit der Kontaktauflage 13b und diese über eine Kabelbrücke, eine Leiterbahn oder dergleichen elektrisch mit der Kontaktauflage 13d verbunden. Eine Ader 21a eines zweiten Kabels 22 ist beispielsweise mit dem Federkontakt 14a und dieser über eine Kabelbrücke, eine Leiterbahn oder dergleichen elektrisch mit dem Federkontakt 14c verbunden. Analog ist eine Ader 21 b des zweiten Kabels 22 mit dem Federkontakt 14b und dieser über eine Kabelbrücke, eine Leiterbahn oder dergleichen elektrisch mit dem Federkontakt 14d verbunden.
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Die Kombination aus Federkontakt 14c der zweiten Gruppe und Kontaktauflage 13c ist somit elektrisch parallel zur Kombination aus Federkontakt 14a der ersten Gruppe und Kontaktauflage 13a angeordnet und übernimmt nach Aktivierung der Redundanzfunktion dessen Funktion. Somit kann die Lebensdauer der Steckverbindung deutlich verlängert werden.
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2c zeigt schematisch den Schnitt aus 2b in einem Zustand nach Aktivierung der Redundanzfunktion. Wie dargestellt, hat der Federkontakt 14c den Anschlag 16c überwunden und wird durch seine Vorspannung gegen die Kontaktauflage 13c gedrückt. Durch die Aktivierung dieser Redundanzfunktion und die damit verbundene Wiederherstellung einer guten elektrischen Verbindung sinkt die Temperatur der Steckverbindung wieder ab und der Bimetallstreifen kann sich wieder zurück in seine Ausgangsposition bewegen, wie in 2c dargestellt.
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Vorstehend wurde ein Ausführungsbeispiel beschrieben, bei dem jedem Federkontakt 14a - 14d eine eigene Kontaktauflage 13a - 13d zugeordnet ist. Die zueinander elektrisch parallel geschalteten Kontaktauflagen 13a - 13d sind dann elektrisch mittels Kabelbrücken, Leiterbahnen oder dergleichen verbunden. Es ist jedoch auch möglich, dass anstatt der jeweils parallel geschalteten Kontaktauflagen nur eine Kontaktauflage vorgesehen ist. Für das Beispiel aus den 2a bis 2c würde dies bedeuten, dass anstatt der Kontaktauflagen 13a und 13c nur eine Kontaktauflage und anstatt der Kontaktauflagen 13b und 13d ebenfalls nur eine Kontaktauflage vorgesehen ist. Die Reihenfolge der Federkontakte 14a - 14d müsste entsprechend angepasst werden.
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Vorstehend wurde ferner ein Ausführungsbeispiel beschrieben, bei dem die Federkontakte in zwei Gruppen unterteilt waren. Es ist jedoch auch möglich, dass noch mehr Federkontakte vorgesehen sind, welche in mehr als zwei Gruppen unterteilt sind. Beispielsweise könnten Federkontakte einer dritten Gruppe vorgesehen sein, denen ebenfalls Anschläge und Auslösemittel zugeordnet sind, wobei die Federkontakte der dritten Gruppe bei einem zweiten Schwellwert-Temperatur aktiviert werden, der etwas höher (z.B. 5%) liegt, als die erste Schwellwert-Temperatur. Dies hätte zur Folge, dass bei einer ersten Überhitzung der Steckverbindung die Federkontakte der ersten Gruppe aktiviert werden und die Temperatur der Steckverbindung wieder sinkt. Sollten sich über die Nutzungsdauer auch die Federkontakte der zweiten Gruppe verschlechtern und erneut eine Überhitzung auftreten, dann würden die Federkontakte der dritten Gruppe bei einer zweiten Überhitzung aktiviert werden usw.
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Darüber hinaus wurde vorstehend ein Ausführungsbeispiel beschrieben bei dem die Steckbuchse 11 mit den Kontaktauflagen 13a - 13d versehen ist und der Stecker 12 mit den Federkontakten 14a - 14d versehen ist. Es ist jedoch selbstverständlich auch möglich, Stecker und Steckbuchse zu vertauschen, d.h. die Steckbuchse mit den Federkontakten und den Stecker mit den Kontaktauflagen zu versehen.
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Vorstehend wurden beispielhaft Bimetallstreifen als Auslösemittel beschrieben. Die Auslösemittel können beispielsweise jedoch auch Federn sein, welche auf der den Kontaktauflagen aufgewandten Seiten der Federkontakte angeordnet sind und in einem Material eingehaust sind, welches sich beim Überschreiten der bestimmten Temperatur verflüssigt und die vorgespannten Federn freigibt, so dass diese Federn dann die Federkontakte hin zu den Kontaktauflagen drängen. Ferner können die Auslösemittel Stäbe sein, welche auf der den Kontaktauflagen aufgewandten Seiten der Federkontakte angeordnet sind und sich bei steigender Temperatur ausdehnen, so dass sie die Federkontakte hin zu den Kontaktauflagen drängen.
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Ferner wurde vorstehend ein Ausführungsbeispiel beschrieben, bei beim die Steckverbindung 10 zwei Kabel 20, 22 miteinander verbindet, jedoch ist die Erfindung nicht darauf beschränkt. So kann die Steckbuchse 11 und/oder der Stecker 12 (und somit analog die Kontaktauflagen 13a - 13d und/oder die Federkontakte 14a - 14d) auch fest mit einer Vorrichtung (beispielsweise einer Batterie, einem Akkumulator, einem elektrischen Gerät, usw.) verbunden sein bzw. an diesem befestigt sein, insbesondere kabellos an diesem befestigt sein. So können die Kontaktauflagen 13a - 13d und/oder die Federkontakte 14a - 14d anstatt mit Kabeln bzw. Adern auch mit Leiterbahnen, Stromschienen, Anschlussterminals, usw. verbunden sein.
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In Zusammenhang mit den 3a und 3b wird eine weitere Möglichkeit beschrieben, wie die Auslösemittel umgesetzt werden können. 3a zeigt schematisch eine geschnittene Seitenansicht einer Steckverbindung 110 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel in einem Zustand vor Aktivierung einer Redundanzfunktion. Um Wiederholungen zu vermeiden wird im Zusammenhang mit diesem Ausführungsbeispiel auf die vorhergehende Beschreibung (einschließlich der beschriebenen Abwandlungen) verwiesen, die auch für das folgende zweite Ausführungsbeispiel gelten soll. So werden nachfolgend nur Aspekte erläutert, die sich von dieser vorhergehenden Beschreibung unterscheiden.
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Im zweiten Ausführungsbespiel sind Auslösemittel 115c, 115d vorgesehen, die im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel nicht die Federkontakte, sondern die Anschläge 16c, 16d bzw. die Klötze 17c, 17d mit einer Kraft 118 beaufschlagen. Die Auslösemittel 115c, 115d sind wie im ersten Ausführungsbeispiel Bimetallstreifen, die bei steigender Temperatur die Klötze 17c, 17d weg von ihren zugeordneten Federkontakten 14c, 14d ziehen, so dass die Vorspannung der Federkontakte 14c, 14d beim Überschreiten der bestimmten Temperatur bzw. der ersten Schwellenwert-Temperatur ausreicht, die Anschläge 16c, 16d zu überwinden. Die Auslösemittel 115c, 115d müssen auf irgendeine Art und Weise mit den Klötzen 17c, 17d verbunden sein, beispielsweise diese umgreifen, damit eine Kraftübertragung gewährleistet ist.
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3b zeigt schematisch den Schnitt aus 3a in einem Zustand nach Aktivierung der Redundanzfunktion während die Kraft 118 noch anliegt.
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Während die Erfindung detailliert in den Zeichnungen und der vorangehenden Beschreibung veranschaulicht und beschrieben wurde, ist diese Veranschaulichung und Beschreibung als veranschaulichend oder beispielhaft und nicht als beschränkend zu verstehen und es ist nicht beabsichtigt die Erfindung auf das offenbarte Ausführungsbeispiel zu beschränken. Die bloße Tatsache, dass bestimmte Merkmale in verschiedenen abhängigen Ansprüchen genannt sind, soll nicht andeuten, dass eine Kombination dieser Merkmale nicht auch vorteilhaft genutzt werden könnte.
