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Die Erfindung betrifft eine Kontaktfederanordnung zur selbstverriegelnden Kontaktierung einer Ader eines elektrischen Leiters, mit einer aus einem leitfähigen Material gebildeten Stützwand, einer Kontaktfeder, die einen in Bezug auf die Stützwand ortsfest gehaltenen Basisschenkel und einen Klemmschenkel aufweist, der durch einen Bogenabschnitt mit dem Basisschenkel verbunden ist und zusammen mit der Stützwand eine sich in Einsteckrichtung verjüngende Steckaufnahme für die Ader des Leiters bildet und an seinem freien Ende eine Greifkante für die Ader aufweist, und mit einem Löseorgan, das in Bezug auf die Stützwand in der Einsteckrichtung verschiebbar geführt ist und einen Betätigungsarm aufweist, der in einer Lösestellung mit seinem freien Ende an einem durch einen gebogenen Abschnitt des Klemmschenkels gebildeten Anschlag angreift und den Klemmschenkel entgegen der Federkraft in einer gegen den Basisschenkel zurückgebogenen Position hält.
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Ein Beispiel einer Kontaktfederanordnung dieser Art wird in
DE 10 2015 114 938 A1 beschrieben. Die Stützwand kann Teil einer leitfähigen Struktur sein, beispielsweise einer Stromschiene oder eines Steckverbinderkontakts. Um die Ader des Leiters mit dieser Struktur in Kontakt zu bringen, wird ein abisoliertes Ende der Ader (z.B. einer Kupferader) in die Steckaufnahme eingesteckt. Das Ende der Ader gleitet dabei auf die Flanke des Klemmschenkels auf und lenkt diesen Klemmschenkel aus. Aufgrund der elastischen Rückstellkraft der Feder krallt sich die am freien Ende des Klemmschenkels gebildete Greifkante in die Kupferader ein. Wenn man nun versucht, den Leiter zurückzuziehen, so hat die von der Ader auf die Greifkante ausgeübte Kraft die Tendenz, den Klemmschenkel weiter in Richtung auf die Stützwand zu verschwenken und noch fester gegen die Ader anzudrücken, so dass die Ader selbsthemmend in Position gehalten wird.
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Um den Kontakt wieder zu lösen, wird das Löseorgan in Einsteckrichtung verschoben, so dass sein Betätigungsarm auf den Anschlag des Klemmschenkels drückt und den Klemmschenkel zurückbiegt. Dadurch wird die Ader des Leiters freigegeben, so dass der Leiter aus der Steckaufnahme zurückgezogen werden kann.
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Aufgabe der Erfindung ist es, die Kontaktfederanordnung hinsichtlich Platzbedarf, Funktionssicherheit und Leichtigkeit der Bedienung zu verbessern.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Klemmschenkel in einem an den Anschlag angrenzenden Abschnitt eine Knickstelle aufweist, die in der Richtung gekrümmt ist, die der Krümmungsrichtung des Bogenabschnitts entgegengesetzt ist, und auf die zum Anschlag hin eine weitere, in derselben Richtung gekrümmte Knickstelle folgt.
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Wenn man eine Krümmung in der Richtung, in der auch der Bogenabschnitt gekrümmt ist, als positive Krümmung und eine Krümmung in der entgegengesetzten Richtung als negative Krümmung bezeichnet, so lässt sich der Krümmungsverlauf des Klemmschenkels der herkömmlichen Kontaktfederanordnung wie folgt beschreiben: An den positiv gekrümmten Bogenabschnitt schließt sich ein gerader Abschnitt an, der dann in einer Zone mit negativer Krümmung in den Anschlag übergeht. Auf den Anschlag folgt dann eine Zone mit positiver Krümmung und darauf wieder eine Zone mit negativer Krümmung, die in einen weiteren geraden Abschnitt übergeht, der am freien Ende die Greifkante bildet. Durch die dreifache Krümmung in abwechselnden Richtungen im Bereich des Anschlags wird erreicht, dass die geraden Abschnitte, die sich proximal und distal an den Anschlag anschließen, annähernd parallel zueinander verlaufen können. Erfindungsgemäß weist nun mindestens einer dieser beiden geraden Abschnitte eine zusätzliche Knickstelle mit positiver Krümmung auf. Dadurch lässt sich der Platzbedarf für die Kontaktfederanordnung minimieren und/oder die Haltekraft an der Greifkante verbessern. Unter einer „Knickstelle“ soll hier allgemein ein Ort auf der Länge der Kontaktfeder verstanden werden, an dem der Betrag der Krümmung ein lokales Extremum (Minimum oder Maximum) hat.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Je nach Ausführungsform kann sich die zusätzliche Knickstelle im proximalen, zwischen dem Bogenabschnitt und dem Anschlag gelegenen Abschnitt oder im distalen, zwischen dem Anschlag und der Greifkante gelegenen Abschnitt des Klemmschenkels befinden. Im ersteren Fall wird insbesondere eine Verringerung des Platzbedarfs erreicht, während im letzteren Fall vor allem eine Erhöhung der Greifkraft erreicht wird, die die Klemmfeder mit ihrer Greifkante auf die leitende Ader ausübt. Die beiden Ausführungsformen lassen sich auch kombinieren, so dass die Klemmfeder eine zusätzliche Knickstelle in jedem der beiden geraden Abschnitte aufweist.
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Vorzugsweise sollte die Richtungsänderung des Klemmschenkels an jeder der beiden in der gleichen Richtung gekrümmten Knickstellen mindestens 20°, oder besser mindestens 30° betragen.
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Im folgenden werden Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnung näher erläutert.
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Es zeigen:
- 1 eine perspektivische Ansicht einer Kontaktfederanordnung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
- 2 einen Schnitt durch die Kontaktfederanordnung nach 1 in einem Nichtgebrauchszustand;
- 3 einen Schnitt durch die Kontaktfederanordnung in einem Zustand, in dem eine Ader eines elektrischen Leiters klemmend in der Kontaktfederanordnung gehalten ist;
- 4 einen Schnitt durch die Kontaktfederanordnung in einer Lösestellung;
- 5 einen Schnitt durch die Kontaktfeder der in 1 bis 4 gezeigten Kontaktfederanordnung; und
- 6 und 7 Schnitte durch Kontaktfedern gemäß anderen Ausführungsbeispielen.
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Die in 1 gezeigte Kontaktfederanordnung weist eine Kontaktfeder 10 aus Metall und eine elektrisch leitfähige Struktur 12 auf, die einen Buchsenkontakt 14 sowie eine Stützwand 16 bildet. Wie deutlicher in 2 und 3 zu erkennen ist, bildet die Stützwand 16 zusammen mit einem Klemmschenkel 18 der Kontaktfeder eine Steckaufnahme 20 für ein abisoliertes Ende einer Ader 22 eines elektrischen Leiters 24, der mit der Stützwand 16 in elektrischen Kontakt gebracht werden soll.
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Die Stützwand 16 ist eine von drei Wänden einer Rinne 26, der elektrisch und mechanisch mit dem Buchsenkontakt 14 verbunden ist und einen Teil der Kontaktfeder 10 aufnimmt. Auf der der Stützwand 18 gegenüberliegenden Seite wird die Rinne 26 abgeschlossen durch einen Halter 28 für einen Basisschenkel 30 der Kontaktfeder. Der Basisschenkel 30 ist nach oben (entgegen der Einsteckrichtung E des Leiters 24) durch einen Verbindungsabschnitt 32 verlängert, der durch einen Bogenabschnitt 34 mit einem proximalen Abschnitt des Klemmschenkels 18 verbunden ist, so dass der Klemmschenkel 18 schräg zur Einsteckrichtung E in Richtung der Tiefe der Steckaufnahme 20 verläuft.
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Ein Löseorgan 36 ist mit Hilfe einer nicht gezeigten Führungseinrichtung parallel zur Einsteckrichtung E verschiebbar geführt und weist einen schräg zu dem Klemmschenkel 18 abfallenden Betätigungsarm 38 auf.
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In 5 ist die Kontaktfeder 10 vergrößert dargestellt. Der Basisschenkel 30 weist ein Befestigungsloch 40 auf, in das ein Zapfen des Halters 28 eingreift, wenn der Basisschenkel an diesem Halter anliegt. Auf diese Weise wird die Kontaktfeder 10 formschlüssig in ihrer Position in der Rinne 26 gehalten.
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Der außerhalb der Rinne 26 gelegene Verbindungsabschnitt 32 ist gegenüber dem Basisschenkel 30 um etwa 6° bis 8° abgewinkelt. Das erlaubt es, bei gegebenem Radius des Bogenabschnitts 34 den horizontalen Abstand zwischen dem Basisschenkel 30 und der Stützwand 16 zu verringern.
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Der Klemmschenkel 18 hat einen proximalen, an den Bogenabschnitt 32 angrenzenden Abschnitt 42 und einen distalen Abschnitt 44, der das freie Ende des Klemmschenkels bildet. Zwischen den Abschnitten 42 und 44 bildet der Klemmschenkel 18 drei Knickstellen 46, 48, 50. Die beiden Knickstellen 46, 48, die an die Abschnitte 42 und 44 angrenzen, haben negative Krümmung, d.h., ihre Krümmungsrichtung ist der Krümmungsrichtung des Bogenabschnitts 34 entgegengesetzt. Die dazwischenliegende Knickstelle 50 hat positive Krümmung. Zwischen den beiden Knickstellen 46 und 50 wird ein Anschlag 52 für den Betätigungsarm 38 des Löseorgans 36 gebildet.
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Der proximale Abschnitt 42 hat zwei gerade Unterabschnitte, zwischen denen sich eine Knickstelle 54 mit negativer Krümmung befindet. Auch der distale Abschnitt 44 ist in zwei gerade Unterabschnitte unterteilt, zwischen denen sich eine Knickstelle 56 mit negativer Krümmung befindet.
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Am freien Ende des distalen Abschnitts 44 bildet die obere Kante des Klemmschenkels eine Greifkante 58, die dazu bestimmt ist, sich in das Kupfer der Ader 22 (3) einzukrallen, wenn diese Ader in der Steckaufnahme 20 geklemmt ist.
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5 und 2 zeigen die Kontaktfeder 10 im entspannten, also unbelasteten Zustand. In 2 ist zu sehen, dass das freie Ende des Klemmschenkels 18 im entspannten Zustand etwas in die Stützwand 16 hineinragen würde. Das bedeutet, dass beim Einbau der Kontaktfeder der Klemmschenkel 18 etwas zurückgebogen wird, so dass er mit seiner Greifkante unter leichter Spannung an der Stützwand 16 anliegt. Durch diese leichte Vorspannung wird die Kontaktfeder in ihrer Einbauposition fixiert.
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Ebenso ist in 2 zu erkennen, dass auch der Querschnitt des Betätigungsarms 38 etwas mit dem Querschnitt des Klemmschenkels 18 überlappt. In der tatsächlichen Einbaustellung ist deshalb auch der Bogenabschnitt 34 der Kontaktfeder noch etwas stärker gekrümmt, so dass der proximale Abschnitt des Klemmschenkels 18 ebenfalls unter Spannung am Betätigungsarm 38 anliegt. Die Kontaktstelle des Betätigungsarms 38 mit dem Klemmschenkel 18 liegt in 2 in der negativ gekrümmten Knickstelle 54 des proximalen Abschnitts. Der Abschnitt des Klemmschenkels 18 zwischen dem Bogenabschnitt 34 und der Knickstelle 54 kann deshalb sehr steil verlaufen, wodurch sich der Abstand zwischen dem Basisschenkel 30 und der Stützwand 16 weiter verringert.
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3 zeigt den Zustand, in dem die Ader 22 in die Steckaufnahme 20 eingeführt ist und der Klemmschenkel 18 sich mit seiner Greifkante 58 in das Kupfer der Ader 22 einkrallt. Der Klemmschenkel 18 wurde beim Einführen der Ader 22 insgesamt nach unten gebogen, wobei die hauptsächliche Verformung im Bereich des Bogenabschnitts 34 eintritt. Der Betätigungsarm 38 des Löseorgans konnte sich entlang des Klemmschenkels von der Position der Knickstelle 54 bis in die Nähe der Knickstelle 46 bewegen. Das Löseorgan 36 hat sich dabei insgesamt so weit abgesenkt, dass der Betätigungsarm 38 nun zusätzliche Führung durch eine vertikale Kontur der Wände des Halters 28 erhält.
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Wie in 1 zu erkennen ist, ist das Löseorgan 36 von einem Fenster 60 durchbrochen, das sich auch in den Betätigungsarm hinein erstreckt und dessen Breite größer ist als die Breite der Kontaktfeder 10. Wenn beim Einführen der Ader 22 das untere Ende dieser Ader auf den Klemmschenkel 18 drückt, so hat das auf die Kontaktfeder ausgeübte Drehmoment die Tendenz, den Verbindungsabschnitt 32 nach rechts in 5 zu schwenken. Gegebenenfalls kann diese Verformung so stark ausfallen, dass der Bogenabschnitt 34 durch das Fenster 60 hindurchtritt. Auch der Betätigungsarm 38 kann deshalb sehr steil angeordnet sein was weiter zur Verringerung der horizontalen Abmessungen der Anordnung beiträgt, ohne dass die Verformung der Kontaktfeder durch das Löseorgan behindert wird.
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In dem in 3 gezeigten Zustand bildet der gerade Unterabschnitt am distalen Ende des Klemmschenkels 18 mit der vertikalen Einsteckrichtung E einen Winkel von annähernd 45°. Die Greifkante 58 wird begrenzt durch die obere Oberfläche und die Kantenfläche der Kontaktfeder. Diese beiden Flächen bilden miteinander einen rechten Winkel, und die Winkelhalbierende dieses Winkels steht annähernd senkrecht auf der Oberfläche der Ader 22. Aufgrund dieser Geometrie kann sich die Greifkante 58 tief in das Kupfer der Ader 22 eingraben. Wenn die Knickstelle 56 (5) nicht vorhanden wäre, so wäre der distale Abschnitt 44 des Klemmschenkels insgesamt gerade und er würde in der Richtung verlaufen, in der in 5 der Unterabschnitt zwischen den Knickstellen 48 und 54 verläuft. In dem in 3 gezeigten Zustand wäre dann der Teil des Klemmschenkels, der die Greifkante 58 bildet, so steil angestellt, dass die Greifkante wesentlich schlechter in das Kupfer eindringen könnte. Durch die Knickstelle 56 wird so die Haltekraft der Greifkante 58 verbessert.
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Wie in 3 strichpunktiert angedeutet ist, könnte man den gleichen Effekt im Prinzip auch dadurch erreichen, dass das distale Ende des Klemmschenkels schon an der Knickstelle 48 stärker abgewinkelt wird und der distale Abschnitt 44 insgesamt verkürzt wird. Das hätte jedoch zur Folge, dass in dem in 2 gezeigten Zustand der Klemmschenkel 18 nicht mehr unter Spannung an der Stützwand 16 anliegen würde.
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Wenn in dem in 3 gezeigten Zustand die Ader 22 aus der Steckaufnahme 20 gelöst werden soll, so wird das Löseorgan 36 mit einer Schraubendreherklinge nach unten gedrückt. Der Betätigungsarm 38 läuft dann auf den Klemmschenkel 18 auf und bewegt sich gegen den Anschlag 52. Wenn der in 4 gezeigte Zustand erreicht ist, spürt der Benutzer einen erhöhten Widerstand, da nun der Betätigungsarm 38 am Anschlag 52 anliegt und nicht weiter am Klemmschenkel entlanggleiten kann. In diesem Zustand ist der Klemmschenkel so weit zurückgebogen, dass die Greifkante 58 die Ader 22 freigibt und der Leiter 24 aus der Steckaufnahme herausgezogen werden kann. Wenn dann das Löseorgan 36 losgelassen wird federt die Kontaktfeder 10 in ihre Ausgangsstellung zurück (2). Dabei übt der Anschlag 52 eine im wesentlichen vertikal nach oben gerichtete Kraft auf den Betätigungsarm 38 aus, so dass sich das Betätigungsorgan verkantungsfrei nach oben bewegen kann.
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Wie 5 zeigt, bildet das distale Ende des Klemmschenkels 18, also der gerade Abschnitt zwischen der Knickstelle 56 und der Greifkante 58, im entspannten Zustand der Kontaktfeder mit der Vertikalen (Einsteckrichtung E und zugleich Längsrichtung des Basisschenkels 30) einen Winkel α zwischen 70 und 90°, vorzugsweise etwa 80°. Der Unterabschnitt zwischen den Knickstellen 48 und 56 bildet mit der Vertikalen einen Winkel von 55° bis 75°, im gezeigten Beispiel etwa 65°. Die Oberfläche des Anschlags 52 verläuft im entspannten Zustand gemäß 5 annähernd horizontal oder leicht ansteigend, und die beiden Unterabschnitte des proximalen Abschnitts 42 bilden mit der Vertikalen Winkel zwischen 65° und 45° bzw. 8° und 15°. Im gezeigten Beispiel betragen die Winkel etwa 54° und 13°.
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Die genaue Geometrie der Kontaktfeder 10 kann je nach Einsatzzweck variieren und ist insbesondere abhängig vom Querschnitt bzw. Durchmesser der Ader 22, die mit der Kontaktfeder geklemmt werden soll.
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6 und 7 zeigen Beispiele für abgewandelte Ausführungsformen der Kontaktfeder. Die in 6 gezeigte Kontaktfeder 10` hat nur eine zusätzliche Knickstelle 54 in dem proximalen Abschnitt zwischen den Anschlag 52 und dem Bogenabschnitt 34. Der gerade Teil zwischen der Knickstelle 54 und dem Anschlag 52 verläuft hier im entspannten Zustand der Feder annähernd horizontal. Der distale gerade Abschnitt ist hier relativ kurz gehalten und enthält keine weitere Knickstelle und bildet mit der Vertikalen einen Winkel von beispielsweise 75°, während der Anschlag 52 selbst hier einen leicht ansteigenden Verlauf hat und mit der Vertikalen einen Winkel von etwa 100° bis 110° bildet. Der Verbindungsabschnitt 32 hat hier im Verhältnis zum Basisschenkel 30 eine kleinere Länge.
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7 zeigt eine Kontaktfeder 10", die insgesamt aus etwas nachgiebigerem Material hergestellt ist und zwei Befestigungslöcher 40` im Basisschenkel 30 aufweist. Die Knickstelle 54 zwischen dem Bogenabschnitt 38 und dem Anschlag 52 ist hier weniger scharf ausgebildet, d.h., sie erstreckt sich über eine größere Bogenlänge und hat eine kleinere maximale Krümmung. Der zwischen den Knickstellen 48 und 50 gebildete Anschlag 52 ist hier kürzer ausgeführt, während zwischen den Knickstellen 46 und 48 ein längerer gerader Abschnitt liegt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102015114938 A1 [0002]
