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Die Erfindung bezieht sich auf einen
elektrischen Kontakt für
Kraftfahrzeuge mit mindestens einem ersten stromführenden
Kontaktelement.
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Grundsätzlich sind stromführende Kontaktkabel
bzw. Kontaktstecker zur Herstellung eines elektrischen Kontakts
bekannt. Diese Kontakte können
aber aufgrund von Belastungen oder Fertigungstoleranzen in ihrer
Funktionsfähigkeit
Schwachstellen oder Lücken
aufweisen, die dann zu einem Ausfall oder zur Funkenbildung führen.
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Daneben sind Form-Speicher-Legierungen wie
zum Beispiel aus Nickel-Titanium bekannt, die zwei temperaturabhängige, die äußere Form
bestimmende Molekular-Strukturen aufweisen. Diese, im Folgenden
als Austenit- und als Martensit-Struktur bezeichneten, Strukturen
bilden sich ober- bzw. unterhalb einer Schwellentemperatur Ts aus.
Beim Überschreiten
der Ts bzw. beim Erreichen einer Temperatur Ta bildet sich die Austenit-Struktur
aus und beim Unterschreiten der Ts bzw. beim Erreichen einer geringeren
Temperatur Tm bildet sich die Martensit-Struktur aus. Ausgehend
von einer äußeren Form M
verformt sich die Legierung beim Erhitzen auf die Temperatur Ta
in die Form A, wobei die Form M durch Kaltverformen der Form A bei
der Temperatur Tm gebildet ist. Nach dem Abkühlen der Legierung auf die Temperatur
Tm liegt wieder die Form M vor.
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Die Offenlegungsschrift
DE 2521448 beschreibt ein Verfahren
zur Herstellung einer elektrischen Verbindung bei dem wenigstens
ein zu verbindender Gegenstand in Position mit einem Stecker gebracht
wird sich der Stecker bei einer Temperatur unterhalb des Übergangestemperatur
des Memory Metalls (Form-Speicher-Legierung) befindet und die Temperatur
dann über
die Übergangstemperatur (Schalttemperatur)
erwärmt
wird, sodass sich das zweite Bauteil rückstellt und den verformbaren
Teil des ersten Steckerbauteils zurück zu dessen ursprüngliche
Form zwingt und dadurch eine feste Verbindung mit dem Gegenstand
herstellt. Der Stecker umfasst ein erstes Steckerbauteil von dem
wenigstens ein Teil im wesentlichen nicht federnd und verformbar
ist und einem zweiten Bauteil aus einem Memory Metall, wobei die
Anordnung der Bauteile derart ist, dass an einer Temperatur unterhalb
der Übergangstemperatur
des Memory Metalls der nicht federnde, verformbare Teil des ersten
Bauteils und das zweite Bauteil aus ihrer bestehenden Gestalt verformt
werden können
und dass, wenn auf eine Temperatur oberhalb der Übergangstemperatur erwärmt wird,
die Rückstellung
des zweiten Bauteils zu seiner ursprünglichen Gestalt den verformbaren
Teil des ersten Steckerbauteils wieder zu dessen ursprünglichen
Gestalt zurück
zwingt.
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Aus der
EP 0112618 B1 ist eine wiederverwendbare
Verbindungsvorrichtung (Kontaktstecker) mit Elementen aus Memory
Metall bekannt. Es wird beschrieben, den Kontakt, insbesondere einen
elektrischen Kontakt, in einem Kontaktstecker, dadurch herzustellen,
dass ein feder-, oder C-förmiges Kontaktelement
durch ein um dieses angeordnetes Schalt-Element aus Memory Metall
durch Erwärmung über dessen Übergangstemperatur
zusammengepresst und hierdurch ein mechanischer bzw. elektrischer
Kontakt zwischen dem Kontaktelement und einem weiteren Steckerelemnt
geschlossen wird.
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In dem Dokument
US 4497527 wird eine Vorrichtung,
bzw. ein Verfahren beschrieben, einen elektrischen Kontakt in einem
Stecker dadurch zu verbessern, dass eines der Kontaktelemente durch
ein um dieses angeordnetes Schalt-Element aus Memory Metall durch
Erwärmung über die Übergangstemperatur
des Memory Metalls zusammengepresst wird und hierdurch den Kontakt
mit einem weiteren Steckerelement verbessert.
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Aus der
US 4720270 ist ein Stecker bekannt, der
aus ineinandergreifenden weiblichen und männlichen Steckerelementen aus
Memory Metall besteht. Die Vorspannung der Steckerelemente und deren Übergangstemperaturen
sind so eingestellt dass bei tiefen Temperaturen (weit unterhalb
der Anwendungstemperaturen des Steckers) ein geöffneter Steckkontakt vorliegt
und sich bei höheren
Temperaturen (Anwendungstemperaturen) der Stecker schließt. Der
Stecker kann durch Unter-, bzw. Überschreitung
der Übergangstemperatur
gelöst
bzw. geschlossen werden. Ein ähnlicher
Aufbau wird in
US 4487465 beschrieben.
Der Stecker besteht aus zwei Steckerelementen, von denen eines aus
Memory Metall geformt ist. Bei Überschreitung
der Übergangstemperatur
schließt
sich das Steckerelement aus Memory Metall um das erste Steckerelement,
wodurch der Kontakt geschlossen wird.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine
gelöste
Verbindung eines elektrischen Steckerkontaktes wiederherzustellen,
wobei der Stromfluss auch im gelösten
Zustand nicht vollständig
unterbrochen wird.
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Gelöst wird die Aufgabe erfindungsgemäß durch
ein Verfahren zur Wiederherstellung eines elektrischen Kontaktes
zwischen einem Anschlussteil und einem ersten Kontaktelement nach
deren Dekontaktierung, mittels eines elektrisch leitenden Kontaktelements
aus einer Form-Speicher-Legierung das mit dem ersten Kontaktelement
formschlüssig, kraftschlüssig und
elektrisch verbunden ist, wobei nach der Dekontaktierung des ersten
Kontaktelements vom Anschlussteil die elektrische Kontaktierung
zwischen dem Kontaktelement und dem Anschlussteil erhalten bleibt,
wodurch die anstehende Spannung am Kontaktelement abfällt und
sich dieses Kontaktelement über
die Schalttemperatur Ta erwärmt
und hierdurch in der Weise verkürzt
wird, dass sich wider eine mechanische Verbindung und eine elektrische
Kontaktierung zwischen erstem Kontaktelement und Anschlussteil ausbildet.
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Erfindungsgemäß ist somit ein aus einer Form-Speicher-Legierung gebildetes,
mit dem ersten Kontaktelement form- und/oder kraftschlüssig und elektrisch verbundenes
zweites Kontaktelement vorgesehen. Hierdurch wird erreicht, dass
nach dem Versagen des ersten Kontaktelements bzw. nach Dekontaktierung
des ersten Kontaktelements die anstehende Spannung am zweiten Kontaktelement
aus einer Form-Speicher-Legierung
abfällt
und dieses entsprechend seines spezifischen Widerstands erwärmt wird.
Durch die Erwärmung
kommt es zu einer Überschreitung
der Schwellentemperatur Ts und damit bei Erreichen der Temperatur
Ta (Schalttemperatur) zu einer Verformung des zweiten Kontaktelements
ausgehend von der Form M bzw. Länge
Lm in die Form A bzw. Länge
La. Die Länge
La ist hierbei, mit Bezug zur Dekontaktierrichtung, kleiner ausgebildet,
so dass mit dem Verkürzen
des zweiten Kontaktelements und aufgrund der zwischen dem ersten
Kontaktelement und dem zweiten Kontaktelement bestehenden mechanischen
Verbindung eine Kontaktierung des ersten Kontaktelements erfolgt.
Der Kontakt ist wieder hergestellt.
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Hierzu ist es vorteilhaft, dass ein
stromführender
Teil des Kontakts durch das Form-Speicher-Legierung gebildet ist.
Durch die Ausbildung als stromführender
Teil ist die Stromführung
und damit die Erwärmung
bei Dekontaktierung des ersten Kontaktelements gewährleistet.
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Eine zusätzliche Möglichkeit ist gemäß einer Weiterbildung,
dass das erste Kontaktelement und das zweite Kontaktelement eine
gemeinsame Leiterader bilden und parallel oder koaxial zueinander angeordnet
sind, und/oder das zweite Kontaktelement aufnimmt, wobei das erste
Kontaktelement wahlweise das zweite Kontaktelement zumindest teilweise
umgibt und/oder das zweite Kontaktelement aufnimmt. Bei zylindrischen
elektrischen Leitern nimmt die Elektronenflussdichte radial nach
außen hin
zu. Somit ist bei regulärem,
störungsfreiem
Betrieb das erste Kontaktelement der maßgeblich stromführende Teil
und das zweite Kontaktelement führt
verhältnismäßig wenig
Strom. Sollte es zu einer Unterbrechung des ersten Kontaktelements
kommen, fällt
die Spannung zwangsweise am zweiten Kontaktelement ab, so dass dieses
erfindungsgemäß erwärmt und
verformt.
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Vorteilhaft ist es hierzu auch, dass
das zweite Kontaktelement eine Länge
Lm bei einer Temperatur Tm aufweist, die mit Bezug zur Kontaktierrichtung des
zu bildenden Kontakts größer ist
als eine Länge La
bei einer Temperatur Ta. Somit wird bei Erwärmung des zweiten Kontaktelements
auf Ta eine Verkürzung
generiert, die zu einer Kontaktierung des zweiten Kontaktelements
führt.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der
erfindungsgemäßen Lösung ist
schließlich
vorgesehen, dass das zweite Kontaktelement ein als Haltenase und/oder
als Haltesteg ausgebildetes Halteglied für ein mit dem ersten Kontaktelement
zu verbindendes Anschlusskontaktteil aufweist. Das Anschlusskontaktteil
wird somit durch das zweite Kontaktelement form- bzw. kraftschlüssig gehalten.
Sollte es zu einer Unterbrechung des ersten Kontaktelements kommen,
wird das zweite Kontaktelement erfindungsgemäß erwärmt und verkürzt. Das
Halteglied zieht das Anschlusskontaktteil an und der Kontakt zwischen
dem Anschlusskontaktteil und dem ersten Kontaktelement ist wieder
hergestellt.
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Von besonderer Bedeutung ist für die vorliegende
Erfindung, dass das zweite Kontaktelement zylinderförmig oder
U-förmig
ausgebildet ist und das Anschlusskontaktteil zwischen dem Halteglied
und dem ersten Kontaktelement angeordnet ist, wobei das Halteglied
bei einer Temperatur Tm eine zylinderförmige und/oder gestreckte Form
M' mit einer Länge Lm' aufweist, und bei
einer Temperatur Ta eine verkürzte
und/oder eingerollte Form A' mit
einer Länge La' aufweist. Durch
das Einrollen des zweiten Kontaktelements aufgrund der erfindungsgemäßen Erwärmung wird
ein Kraft- bzw. Formschluß zwischen dem
Anschlusskontaktteil und dem zweiten Kontaktelement über das
erste Kontaktelement generiert, der den notwenigen mechanischen
Kontakt zwischen dem Anschlußkontaktteil
und dem ersten Kontaktelement gewährleistet. Die Verkürzung des
zweiten Kontaktelements erfolgt dabei in Richtung der gewünschten
Kontaktierung zwischen dem Anschlußkontaktteil und dem ersten
Kontaktelement.
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Vorteilhaft ist es ferner, dass mit
Bezug zum Anschlusskontaktteil das zweite Kontaktelement in einer
kontaktfreien Position F des ersten Kontaktelements eine mit Bezug
zum Anschlusskontaktteil kontaktierte Position K aufweist. In der
kontaktierten Position K fällt
die Spannung am zweiten Kontaktelement ab und dieses wird erfindungsgemäß erwärmt.
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Außerdem ist es vorteilhaft,
dass das zweite Kontaktelement bei einer Dekontaktierung des ersten Kontaktelements
mit Bezug zum Anschlusskontaktteil stromführend ausgebildet ist. Somit
wird das zweite Kontaktelement durch den steigenden Spannungsabfall über die
Schwellentemperatur Ts auf die Temperatur Ta erwärmt und verkürzt sich,
ausgehend von einer Länge
Lm, auf die Länge
La, die bei der Herstellung des zweiten Kontaktelements vorbestimmt
wird.
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Ferner ist es vorteilhaft, dass der
Kontakt als Spannungsteiler ausgebildet ist, wobei ein Teil der Spannung
am ersten Kontaktelement und der übrige Teil der Spannung am
zweiten Kontaktelement abfällt.
Bei einer Dekontaktierung des ersten Kontaktelements fällt die
gesamte Spannung am zweiten Kontaktelement ab, so dass sich dieses
erfindungsgemäß erwärmt und
verkürzt.
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Weitere Vorteile und Einzelheiten
der Erfindung sind in den Patentansprüchen und in der Beschreibung
erläutert
und in den Figuren dargestellt.
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Dabei zeigen:
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1 Eine
perspektivische Darstellung eines Kontaktes mit einem ersten und
einem zweiten Kontaktelement;
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2a eine
Schnittdarstellung des Kontaktes mit geschlossener Bruchstelle;
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2b eine
Schnittdarstellung des Kontaktes mit offener Bruchstelle;
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2c eine
Schnittdarstellung des Kontaktes mit sich schließender Bruchstelle;
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2d eine
Schnittdarstellung des Kontaktes mit geschlossener Bruchstelle;
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3a eine
Schnittdarstellung eines Kontaktsteckers mit einem ersten und einem
zweiten Kontaktelement und einem Anschlusskontaktteil;
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3b eine
Schnittdarstellung des Kontaktsteckers mit erstem und zweitem Kontaktelement, Anschlusskontaktteil
und Bruchstelle;
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3c eine
Schnittdarstellung des Kontaktsteckers mit dem Anschlusskontaktteil,
dem ersten und dem zweiten Kontaktelement in verkürzter Form;
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4a eine
Schnittdarstellung eines Kontaktsteckers mit dem ersten und dem
zweiten Kontaktelement und Anschlusskontaktteil;
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4b eine
Schnittdarstellung des Kontaktsteckers mit dem ersten und dem zweiten
Kontaktelement, dem Anschlusskontaktteil und der Bruchstelle;
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4c eine
Schnittdarstellung des Kontaktsteckers mit dem Anschlusskontaktteil,
dem ersten und dem zweiten Kontaktelement in verkürzter Form;
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5a eine
Schnittdarstellung des Kontaktsteckers gemäß 3a mit Gehäusespiel S;
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5b eine
Schnittdarstellung des Kontaktsteckers gemäß 3b in kontaktfreier Position F;
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5c eine
Schnittdarstellung des Kontaktsteckers gemäß 3c in kontaktierter Position K;
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6a eine
Schnittdarstellung des Kontaktsteckers gemäß 4a mit Gehäusespiel S;
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6b eine
Schnittdarstellung des Kontaktsteckers gemäß 4b in kontaktfreier Position F;
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6c eine
Schnittdarstellung des Kontaktsteckers gemäß 4c in kontaktierter Position K; Gemäß 1 ist der elektrische Kontakt
1 als Leiterader 2.4 ausgebildet. Die Leiterader 2.4 weist
hierbei ein zweites Kontaktelement 4 auf, das koaxial zu einer
Längsachse 2.5 ein
erstes Kontaktelement 2 in sich aufnimmt. Das erste Kontaktelement 2 und
das zweite Kontaktelement 4 sind hierbei elektrisch und mechanisch
miteinander verbunden. Das erste Kontaktelement 2 besteht
aus einem üblichen
leitfähigen Material
wie Kupfer und das zweite Kontaktelement 4 besteht aus
einer Form-Speicher-Legierung, die ausgehend von einer Temperatur
Tm durch Erwärmung über eine
Schwellentemperatur Ts auf eine Temperatur Ta eine vorbestimmte,
verkürzte
Form bzw. Länge La
einnimmt.
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Die in 2a dargestellte
Leiterader 2.4 weist eine Bruchstelle 5 innerhalb
des elektrischen Kontakts 1 auf. Gemäß 2b ist der Elektronenfluss im äußeren Bereich
des ersten Kontaktelements 2 unterbrochen und die anliegende
Spannung fällt
am zweiten Kontaktelement 4 ab. Das zweite Kontaktelement 4 wird
aufgrund seines ohm'schen Widerstands
erwärmt
und verkürzt
sich bei Erwärmung
auf die Temperatur Ta von seiner Länge Lm gemäß 2c auf seine ursprünglich bei der Temperatur Ta
vorhandene Länge
La, so dass die Bruchstelle entsprechend 2d wieder zusammengefügt und damit leitend ausgebildet
ist. Der Verkürzungsweg Lm – La ist
abhängig
von der Vorverformung bzw. Längung
des Materials bei der Temperatur Tm, die in etwa der Einsatztemperatur
bei störungsfreiem
Betrieb entspricht.
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Gemäß 3 sind das erste Kontaktelement 2 und
das zweite Kontaktelement 4 innerhalb einer Kontaktaufnahme 2.1 angeordnet
und mit einem Anschlusskontaktteil 3 elektrisch verbunden,
das in einer weiteren Kontaktaufnahme 3.1 angeordnet ist. Die
Kontaktaufnahme 2.1 und die Kontaktaufnahme 3.1 sind
hierzu mechanisch verbunden. Die Kontaktaufnahme 3.1 weist
eine umlaufende Haltenut 3.2 auf, die in eine Haltenase 2.2 der
Kontaktaufnahme 2.1 einrastet. Das erste Kontaktelement 2 und
das zweite Kontaktelement 4 sind somit mit dem Anschlusskontaktteil 3 elektrisch
verbunden, wobei der Großteil
des Stroms über
die Kontaktfläche
zwischen dem ersten Kontaktelement 2 und dem Anschlusskontaktteil 3 fließt. Die
Kontaktfläche
ist hierbei entsprechend einer Kontaktzone des Anschlusskontaktteils 3 bzw.
des ersten Kontaktelements 2 kegelstumpf- bzw. trapezförmig ausgebildet.
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Im Fall einer Bruchstelle 5 innerhalb
der Haltenase 2.2 der Kontaktaufnahme 2.1 gemäß 3b entfernen sich das Anschlusskontaktteil 3 und
das erste Kontaktelement 2 voneinander, so dass das erste
Kontaktelement 2 mit Bezug zur Kontaktzone eine kontaktfreie
Position F zu Anschlusskontaktteil 3 einnimmt. Das mit
dem ersten Kontaktelement 2 elektrisch und mechanisch verbundene
zweite Kontaktelement 4 weist ebenfalls eine umlaufende
Haltenut 4.1 auf, die im Fall einer Dekontaktierung zwischen
dem ersten Kontaktelement 2 und dem Anschlusskontaktteil 3 als
Anschlagfläche
für das
Anschlusskontaktteil 3 dient. Die Haltenut 4.1 liegt
hierbei an einem äußeren Ende
der kegelförmig
bzw. trapezförmig
ausgebildeten Kontaktzone des Anschlusskontaktteils 3 an.
Die anliegende Spannung fällt
nun am zweiten Kontaktelement 4 ab, so dass sich dieses
erwärmt.
Die Haltenut 4.1 verkürzt
sich erfindungsgemäß und der
Kontakt zwischen dem ersten Kontaktelement 2 und dem Anschlusskontaktteil 3 ist
wieder hergestellt.
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Das Ausführungsbeispiel gemäß 4 ist äquivalent ausgebildet. Das
erste Kontaktelement 2 ist ebenfalls kegelstumpfförmig bzw.
trapezförmig ausgebildet
und in Form eines Kontaktzapfens innerhalb des zylinderförmig ausgebildeten
zweiten Kontaktelements 4 angeordnet. Das Anschlusskontaktteil 3 ist
auf seiner Innenseite entsprechend dem ersten Kontaktelement 2 kegelstumpfförmig bzw.
trapezförmig
ausgebildet und nimmt das erste Kontaktelement 2 in sich
auf. Auf seiner Außenseite
ist das Anschlusskontaktteil 3 kegelförmig ausgebildet und zwischen
dem ersten Kontaktelement 2 und dem zweiten Kontaktelement 4 angeordnet.
Dem zweiten Kontaktelement 4 bzw. dem zylinderförmig ausgebildeten Schenkel
ist eine Haltenut 4.1 innerhalb der Kontaktaufnahme 3.1 zugeordnet,
in die der Schenkel des zweiten Kontaktelements 4 nach
Versagen der Kontaktaufnahme 3.1 und der Widerstandserwärmung gemäß 4c eingreift. Nach dem Versagen
der Kontaktaufnahme 3.1 rutscht der Kontaktkegel des ersten
Kontaktelements 2 aus der Kontaktaufnahme des Anschlusskontaktteils 3,
so dass die anstehende Spannung über
das zweite Kontaktelement 4 abfällt, dieses sich erwärmt und
sich entsprechend seiner Eigenschaft als Form-Speicher-Legierung
verformt bzw. verkürzt.
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Der in 5 dargestellte
Kontaktstecker entspricht im Wesentlichen dem des Ausführungsbeispiels
gemäß 3. Die Kontaktaufnahme 2.1 bzw. die
Haltenase 2.2 weist aber keine Bruchstelle 5 auf, sondern
ein fertigungsbedingtes Spiel S zwischen der Haltenut 3.2 und
der Haltenase 2.2, so dass der Kontakt zwischen dem Anschlusskontaktteil 3 und dem
ersten Kontaktelement 2 gemäß 5b nicht bestehen bleibt. In der kontaktfreien
Position F des ersten Kontaktelements 2 mit Bezug zu Anschlusskontaktteil 3 fällt die
Spannung gemäß 5b am zweiten Kontaktelement 4 ab,
so dass dieses sich erwärmt
und die Haltenut 4.1 des zweiten Kontaktelements 4 sich
entsprechend 5c verformt
bzw. verkürzt.
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Das Ausführungsbeispiel gemäß 6 entspricht im Wesentlichen
dem der 4. Analog zu 5 weist die Kontaktaufnahme 3.1 bzw.
die Haltenut 3.2 keine Bruchstelle 5, sondern
ein fertigungsbedingtes Spiel S auf. In der kontaktfreien Position
F des ersten Kontaktelements 2 innerhalb des Kontaktkegels
des Anschlusskontaktteils 3 fällt die anliegende Spannung
am zweiten Kontaktelement 4 ab. Dieses erwärmt sich
und verkürzt
sich entsprechend 6c.
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- 1
- elektrischer
Kontakt, Kontaktstecker
- 2
- erstes
Kontaktelement
- 2.1
- Kontaktaufnahme
- 2.2
- Haltenase
- 2.4
- Leiterader
- 2.5
- Längsachse
- 3
- Anschlusskontaktteil
- 3.1
- Kontaktaufnahme
- 3.2
- Haltenut
- 4
- zweites
Kontaktelement, stromführender
Teil
- 4.1
- Halteglied,
Haltenut
- 5
- Bruchstelle