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Die Erfindung betrifft eine Klemmvorrichtung zur elektrisch leitenden Kontaktierung zumindest eines Anschlusses einer elektrischen Vorrichtung.
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Aus der Praxis sind Klemmvorrichtungen bekannt, welche zumindest zwei gegeneinander verstellbare Klemmschenkel aufweisen. Die Klemmschenkel weisen jeweils an ihrer einem Anschluss zuwendbaren Kontaktseite eine Kontaktkralle auf, welche bei an dem Anschluss angeklemmter Klemmvorrichtung in direktem Kontakt mit dem Anschluss steht.
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Üblicherweise weisen bekannte Klemmvorrichtungen zudem ein Spannmittel auf, um die Klemmvorrichtung entweder in eine Kontaktstellung, in welcher die Kontaktkrallen derart zueinander verkippt sind, sodass sie zur Kontaktierung eines Anschlusses dienen bzw. einen Anschluss beidseitig angreifen, und einer Ruhestellung verstellbar ist, in welcher die beiden Kontaktkrallen mit einem gegenüber der Kontaktstellung größeren Abstand zueinander angeordnet sind.
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Eine Kontaktkraft zwischen dem Anschluss und den Kontaktkrallen kann beispielsweise durch das Spannmittel bestimmt werden, wenn es die Klemmvorrichtung in Richtung Kontaktstellung vorspannt. Unabhängig davon, wie die Kontaktstellung realisiert wird, weisen bisher bekannte Klemmvorrichtungen das Problem auf, dass elektrische Ströme nicht zufriedenstellend übertragen werden und dadurch eine hohe Wärmeentwicklung entsteht, welche zu einer kritischen Erwärmung der Klemmvorrichtung führen kann.
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Zudem können aufgrund der evtl. spannmittelverursachten Anpresskraft in der Kontaktstellung bisher bekannte Kontaktkrallen Abdrücke oder Kratzer an einem Anschluss hinterlassen.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Klemmvorrichtung zur elektrisch leitenden Kontaktierung zumindest eines Anschlusses einer elektrischen Vorrichtung zu schaffen, welche die Nachteile des Standes der Technik überwindet, insbesondere dadurch, dass sie zu einer geringeren Wärmeentwicklung führt und eine Beschädigung eines Anschlusses durch Kontaktierung ausschließt.
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Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die Klemmvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch die Verwendung der Klemmvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 14 gelöst.
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Erfindungsgemäß wird daher eine Klemmvorrichtung zur elektrisch leitenden Kontaktierung zumindest eines Anschlusses einer elektrischen Vorrichtung vorgeschlagen, umfassend zwei Klemmschenkel, welche jeweils an einer einem Anschluss zuwendbaren Kontaktseite jeweils eine Kontaktplatte aufweisen und welche jeweils zumindest ein starres oder flexibles Kontaktmittel umfassen, welches stoffschlüssig mit der jeweiligen Kontaktplatte verbunden ist, wobei jeder der beiden Klemmschenkel einen von dem Kontaktmittel des entsprechenden Klemmschenkels galvanisch getrennten Kontaktstift zur Spannungsmessung aufweist, wobei die Klemmschenkel gegeneinander verkippbar an einer gemeinsamen Kippachse gelagert sind und die Klemmvorrichtung wahlweise zwischen einer Kontaktstellung, in welcher die Kontaktplatten derart verkippt sind, so dass die Kontaktmittel und die Kontaktstifte zur Kontaktierung eines Anschlusses ausgebildet sind und die Kontaktplatte den Anschluss indirekt über die Kontaktmittel kontaktiert, und einer Ruhestellung verstellbar ist, in welcher die Kontaktplatten mit einem gegenüber der Kontaktstellung größeren Abstand zueinander angeordnet sind, und ein Spannmittel zum Vorspannen der Klemmvorrichtung in eine ihrer beiden Stellungen.
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Der Erfindung liegt nämlich die Erkenntnis zugrunde, dass die Verwendung eines flexiblen Kontaktmittels derart ausbildbar ist, dass es großflächig beziehungsweise zumindest großflächiger als Kontaktkrallen, an dem Anschluss anliegen kann, um somit eine möglichst große Kontaktfläche auszubilden, wodurch hohe Ströme gut übertragen werden können, was zu einer geringeren Wärmeentwicklung führt. Das Kontaktmittel ist ein von der Kontaktplatte separates Bauteil.
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Als flexibles Kontaktmittel wird ein Kontaktmittel verstanden, welches entweder in sich flexibel ist oder aber starr ausgebildet und flexibel gelagert ist.
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Durch den Einsatz der flexiblen Kontaktmittel kontaktiert nunmehr die Kontaktplatte den Anschluss lediglich indirekt beziehungsweise mittels der Kontaktmittel. Da die Kontaktmittel selber zu einem gewissen Grad flexibel sind, können keine Abdrücke oder Kratzer durch eine Kontaktierung an dem Anschluss entstehen.
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Auch durch den Einsatz eines starren Kontaktmittels ist ein von der Kontaktplatte separates Bauteil ausgebildet. Ein starres Kontaktmittel ist in sich starr und zumindest nicht unmittelbar flexibel gelagert.
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Die Kontaktstifte, welche vorzugsweise entweder selbst federnd oder aber federnd gelagert sein können, sind galvanisch von den Kontaktmitteln getrennt, und ermöglichen daher eine Spannungsmessung beziehungsweise Vierpolmessung unmittelbar an der Kontaktsstelle des Anschlusses.
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Das Spannmittel kann die Klemmvorrichtung entweder in die Kontaktstellung vorspannen, sodass bei Ausbleiben einer äußeren Krafteinwirkung die Kontaktmittel beider Kontaktplatten aneinander anliegen. Das Spannmittel kann die Klemmvorrichtung jedoch auch in die Ruhestellung vorspannen, in welcher zwischen den beiden Kontaktplatten ein größerer Abstand ist als in der Kontaktstellung vorliegt.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Klemmvorrichtung nach der Erfindung überdeckt das Kontaktmittel zwischen 50% bis 100%, vorzugsweise zwischen 70% bis 100%, noch mehr bevorzugt mindestens 90% der aus dem Klemmschenkel herausragenden Anordnungsfläche der Kontaktplatte. Dadurch ist eine größtmögliche Kontaktfläche zwischen dem Kontaktmittel und dem Anschluss zur Verbesserung der Stromübertragung und Reduktion von Wärmeentwicklung realisiert.
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Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Klemmvorrichtung nach der Erfindung ist das Kontaktmittel jedes Klemmschenkels zweiteilig ausgebildet. Die beiden Teile des Kontaktmittels können in Längsrichtung der Klemmvorrichtung beispielsweise nebeneinander oder hintereinander angeordnet sein. Dadurch ist ein das Kontaktmittel durchgreifendes Spalt ausbildbar, in welchem beispielsweise der Kontaktstift anordenbar ist.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Klemmvorrichtung nach der Erfindung ist jeder Teil des zweiteiligen Kontaktmittels quaderförmig ausgebildet und zwischen 2mm und 5mm hoch, zwischen 5mm und 15mm lang und zwischen 15mm und 20mm breit, vorzugsweise 3mm hoch, 10mm lang und 17,5mm breit. Dadurch können Kontaktmittel ausgebildet werden, welche bei einer üblichen Klemmvorrichtungsgröße eine möglichst große Kontaktfläche ausbilden.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Klemmvorrichtung nach der Erfindung ist denkbar, dass das Kontaktmittel ein Kontaktkissen ist, gewählt aus der Gruppe, umfassend Metallgeflecht, Metallschaum, Metallgestrick und/oder Metallvlies, wobei das Metall vorzugsweise Kupfer ist. Das Metall kann auch eine Legierung sein, vorzugsweise Kupfer umfassend. All diese Kontaktmittel sind derart flexibel ausgestaltbar, dass keine Druck- oder Kratzschäden an Anschlüssen entstehen. Sie sind zudem sehr leicht und besonders aufgrund ihrer elektrischen und thermischen Leitfähigkeit geeignet.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Klemmvorrichtung nach der Erfindung umfasst das Kontaktmittel CU-ETP, CU-FRHC und/oder CU-FRTP. CU-ETP ist ein durch elektrolytische Raffination hergestelltes, sauerstoffhaltiges Kupfer, das eine sehr hohe Leitfähigkeit für Wärme und Elektrizität aufweist. Auch CU-FRHC ist ein Kupfer und enthält bis zu 0,04% Sauerstoff, der in Kupfer als Kupfer(I)-Oxid (Cu2O) vorliegt. Diese Kupfersorten mit einer hohen elektrischen Leitfähigkeit von mindestens 58m/(Ωmm2) eignen sich insbesondere zur Anwendung bei der erfindungsgemäßen Klemmvorrichtung. Auch CU-FRHC zählt zu den sauerstoffhaltigen unlegierten Kupfersorten mit hohen Leitfähigkeitswerten.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Klemmvorrichtung nach der Erfindung ist das Kontaktmittel verzinnt. Dies dient insbesondere dem Korrosionsschutz sowie der Verlötbarkeit des Kontaktmittels. Die Verzinnung kann beispielsweise mittels Feuerverzinnung, galvanischer Verzinnung, Reflow-Verzinnung oder aber einer chemischen Verzinnung erfolgen, wobei hierbei ein Tauchen des Kontaktmittels in eine geeignete Lösung erfolgt.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Klemmvorrichtung nach der Erfindung ist das Kontaktmittel mit der Kontaktplatte stoffschlüssig verbunden, vorzugsweise verlötet. Dadurch kann ein dauerhafter und sicherer Halt des Kontaktmittels an der Kontaktplatte gewährleistet werden.
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Es ist des Weiteren gemäß einer zusätzlichen oder alternativen Ausführungsform der Klemmvorrichtung nach der Erfindung denkbar, dass die Klemmvorrichtung ein Verstellmittel zum Verstellen der Klemmvorrichtung entgegen der Vorspannung des Spannmittels aus einer ihrer beiden Positionen in die jeweils andere Position umfasst, welches vorzugsweise an der der Kontaktseite in Längsrichtung gegenüberliegenden Rückseite der Klemmvorrichtung angeordnet ist. Ein derartiges Verstellmittel dient dem einfachen und schnellen Verstellen sowie dauerhaften Halten einer verstellten Position der Klemmvorrichtung. Dabei sind diverse Ausführungen von Verstellmitteln denkbar.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Klemmvorrichtung nach der Erfindung umfasst das Verstellmittel zwei Rollmittel, wovon jeweils eines an einem Klemmschenkel rückseitig angeordnet ist sowie ein Spreizmittel, ausgebildet zum Auseinanderdrücken beider Rollmittel. Bei dieser Ausführungsform ist es zweckdienlich, dass das Spannmittel die Klemmvorrichtung in ihre Ruhestellung vorspannt. Mit anderen Worten ist die Klemmvorrichtung bei Ausbleiben äußerer Krafteinwirkungen geöffnet. Das Spreizmittel kann beispielsweise keilartig ausgeführt sein und in Längsrichtung der Klemmvorrichtung in den Zwischenbereich zwischen den beiden Rollmitteln eindringen, um diese voneinander wegzubewegen und somit entgegen der Vorspannungskraft des Spannmittels die beiden Kontaktplatten aufeinander zuzubewegen. Bei zwischen den Rollmitteln eingefahrerenem Spreizmittel ist die Klemmvorrichtung an ihrer Kontaktseite geschlossen. Es ist denkbar, das Spreizmittel sowohl starr auszubilden wie auch gefedert zu lagern, um einen konstanten Druck auszuüben. Es ist des Weiteren eine Verstellung des Spreizmittels mit Hilfe eines Pneumatik-Zylinders denkbar, was zudem zu einer konstant definierten Krafteinwirkung hinsichtlich der Verstellung der Klemmvorrichtung führen kann.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Klemmvorrichtung nach der Erfindung umfasst das Verstellmittel ein Exzentermittel, welches an einem Klemmschenkel rückseitig angeordnet ist, und welches ausgebildet ist, um an dem jeweils anderen Klemmschenkel anzuliegen. So kann eine Verstellung beziehungsweise Rotation des Exzentermittels dazu führen, dass die beiden rückseitigen Enden der Klemmschenkel voneinander wegbewegt werden, um die Klemmvorrichtung in ihrer Kontaktstellung zu verbringen.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Klemmvorrichtung nach der Erfindung kann das Verstellmittel einen wahlweise mit einem Gas befüll- und entleerbaren flexiblen Hohlkörper umfassen, vorzugsweise einen Balg, angeordnet zwischen den rückseitigen Enden der Klemmschenkel.
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Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Klemmvorrichtung nach der Erfindung umfasst das Verstellmittel einen Kniehebel, angeordnet zwischen den rückseitigen Enden der Klemmschenkel.
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Die eingangs genannten Probleme des Standes der Technik werden auch durch die Verwendung einer Klemmvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 14 gelöst.
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Erfindungsgemäß wird daher die Verwendung einer Klemmvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13 zur elektrisch leitenden Kontaktierung zumindest eines Anschlusses einer elektrischen Vorrichtung vorgeschlagen, insbesondere als Verwendung als Hochstromklemme.
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Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstandes der Erfindung sind der Beschreibung, der Zeichnung und den Ansprüchen entnehm bar.
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Ausführungsbeispiele von Klemmvorrichtungen nach der Erfindung sind in der Zeichnung schematisch vereinfacht dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
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Diese zeigen in:
- 1 eine schematische Frontansicht einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Klemmvorrichtung in Ruhestellung,
- 2 eine schematische Rückansicht der Klemmvorrichtung nach 1 in Ruhestellung,
- 3 eine Seitenansicht der Klemmvorrichtung nach 1 in Kontaktstellung,
- 4 eine Explosionsansicht der Klemmvorrichtung nach 1, und
- 5 eine schematische Rückansicht einer zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Klemmvorrichtung in Ruhestellung.
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In den Figuren sind funktionsgleiche oder zueinander äquivalente Elemente und Baugruppen mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
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1 zeigt eine schematische Frontansicht einer Klemmvorrichtung 2 in einer ersten Ausführungsform, wobei diese Ausführungsform sich von der in 5 gezeigten zweiten Ausführungsform durch das Verstellmittel unterscheidet. Beide Ausführungsformen sind beispielsweise als Hochstromklemme verwendbar, wobei der übertragene Hochstrom eine Spannung von etwa 10 Kilovolt haben kann.
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Die Klemmvorrichtung 2 eignet sich zu elektrisch leitenden Kontaktierung zumindest eines Anschlusses 4 einer elektrischen Vorrichtung. Die elektrische Vorrichtung kann beispielsweise eine Batteriezelle sein. Die Klemmvorrichtung 2 umfasst zwei Klemmschenkel 6, welche identisch ausgebildet sind, wie 4 zeigt. Das Ausbilden der Klemmschenkel 6 als identische Gleichteile führt unter anderem zu geringen Produktionskosten. Die Klemmschenkel 6 können aus Kunststoff ausgebildet sein und weisen einen weitgehend rechteckigen Grundkörper auf. Die beiden Klemmschenkel 6 sind entlang einer Kippachse 8 verbunden, welche einen Steckstift 10 durchgreift. Der Steckstift 10 ragt durch je drei Steckösen 48 jedes Klemmschenkels 6 und weist in jedem seiner beiden Endbereiche jeweils eine Ringnut 46 auf, in welcher ein Rastelement 44 zum Sichern des Steckstiftes 10 einrastet. Auf dem Steckstift 10 ist in dessen Mittelbereich ein Spannmittel in Form einer Doppelschenkelfeder 12 gelagert. Anstelle oder zusätzlich der Doppelschenkelfeder 12 kann auch jedes andere Spannmittel zum Eintragen einer geeigneten Vorspannkraft angeordnet sein.
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Jeder Klemmschenkel 6 weist an seiner dem Anschluss 4 zuwendbaren Kontaktseite 14 eine insbesondere einstückige Kontaktplatte 16 auf. Jede Kontaktplatte 16 ragt um eine Länge L aus der Kontaktseite 14 des entsprechenden Klemmschenkels 6 heraus. Die Kontaktplatten 16 weisen eine Breite B auf, welche schmaler als die Breite der Klemmschenkel 6 ist. Die vorzugsweise einstückig ausgebildeten Kontaktplatten 16 sind rechteckig ausgeführt und weisen an ihrer dem entsprechenden Klemmschenkel 6 zugewandten Seite eine Ausnehmung 18 auf. Jede Kontaktplatte 16 ist aus einem metallischen Werkstoff gebildet oder umfasst einen solchen und dient der Leitung elektrischer Ströme.
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Jede Kontaktplatte 16 umfasst ein zweiteilig ausgebildetes und flexibles Kontaktmittel 20. Das Kontaktmittel 20 dient zur direkten Kontaktierung des Anschlusses 4, sodass die Kontaktplatte 16 lediglich einen indirekten Kontakt zum Anschluss 4 herstellt. Jeder Teil des zweiteiligen Kontaktmittels 20 ist quaderförmig ausgebildet und weist eine Höhe h, eine Länge I und eine Breite b auf. Vorzugsweise sind die beiden Teile jedes zweiteiligen Kontaktmittels 20 identisch ausgebildet. Die aus dem Klemmschenkel 6 herausragende Anordnungsfläche 22 jeder Kontaktplatte 16 ist maximal mit dem entsprechenden Kontaktmittel 20 bedeckt, wobei diese Überdeckung zwischen 50% und 100% liegen kann. Auf der Anordnungsfläche 22 ist das Kontaktmittel 20 angeordnet.
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Jedes Kontaktmittel 20 ist als Kontaktkissen ausgebildet und als Metallgeflecht, vorzugsweise ein Kupfer umfassend, ausgebildet. Es ist denkbar, das das Kupfer ein sauerstoffhaltiges CU-ETP sowie verzinnt ist. Jedes Kontaktmittel 20 bzw. jeder Teil jedes Kontaktmittels 20 ist mit der entsprechenden Kontaktplatte 16 stoffschlüssig verbunden, vorzugsweise verlötet.
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Jeder der beiden Klemmschenkel 6 weist einen von dem Kontaktmittel 20 des entsprechenden Klemmschenkels 6 galvanisch getrennten Kontaktstift 24 auf, welcher in Kontaktstellung der Klemmvorrichtung 2 in direktem Kontakt mit dem Anschluss 4 steht. Jeder Kontaktstift 24 ist in einem zwischen den beiden Teilen jedes Kontaktmittels 20 ausgebildeten Spalt 50 angeordnet.
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Eine Zusammenschau der 1 und 3 zeigt, dass die Klemmvorrichtung 2 wahlweise zwischen einer in 3 gezeigten Kontaktstellung, in welcher die Kontaktplatten 16 derart verkippt sind, dass die Kontaktmittel 20 und die Kontaktstifte 24 zur elektrisch leitenden Kontaktierung des Anschlusses 4 ausgebildet sind, und einer in 1 dargestellten Ruhestellung verstellbar ist, in welcher die Kontaktplatten 16 mit einem gegenüber der Kontaktstellung größeren Abstand zueinander angeordnet sind. Mit anderen Worten ist die Klemmvorrichtung 2 gemäß 1 geöffnet und gemäß 3 geschlossen. Das Spannmittel dient bei den gezeigten Ausführungsformen zum Vorspannen der Klemmvorrichtung 2 in die Ruhestellung.
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Wie eine Zusammenschau der 2 und 3 zeigt, umfasst jeder Klemmschenkel 6 jeweils zwei Anschlussausnehmungen 26 für stromleitende Anschlussleitungen 28. Die an einem Klemmschenkel 6 angeordneten Anschlussleitungen 28 sind elektrisch mit der ebenfalls an diesem Klemmschenkel angeordneten Kontaktplatte 16 und folglich auch mit dem daran angeordneten Kontaktmittel 20 verbunden. Vorzugsweise ist jedem Teil jedes Kontaktmittels 20 eine separate Anschlussleitung 28 zugeordnet, sodass bei den gezeigten Ausführungsformen vier Anschlussleitungen 28 für vier Teile von Kontaktmitteln 20 vorgesehen sind. Die Anschlussleitungen 20 können beispielsweise mit Nieten fest an dem jeweiligen Klemmschenkel 6 montiert werden. Es ist jedoch auch eine lösbare Montierung mittels Schrauben denkbar oder aber auch eine lösbare Verbindung mittels eines Stecksystems bzw. eines Kabelschnellwechselsystem s.
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Die in 3 dargestellte Kontaktstellung wird dadurch erreicht, dass zum Verstellen der Klemmvorrichtung 2 entgegen der Vorspannkraft des Spannmittels aus ihrer Ruheposition ein Verstellmittel an der Rückseite 30 vorgesehen ist. Gemäß der in den 1 bis 4 dargestellten ersten Ausführungsform umfasst das Verstellmittel zwei Rollmittel 32, wovon jeweils eines an jedem Klemmschenkel 6 rückseitig angeordnet ist. Die Rollmittel 32 können entweder gebogene Oberflächen der Klemmschenkel 6 ober aber separate Elemente sein, welche je um eine einen Rollmittelstift 40 durchgreifende Drehachse drehbar gelagert sind. Zudem umfasst dieses Stellmittel ein Spreizmittel 34, welches ausgebildet ist zum Auseinanderdrücken beider Rollmittel 32. Das Spreizmittel 34 ist keilartig mit zwei Anlaufschrägen 36 für die Rollmittel 32 ausgebildet. Zum Verstellen der Klemmvorrichtung 2 in ihre in 3 gezeigte Kontaktstellung wird das Spreizmittel 34 in den Zwischenraum der beiden Rollmittel 32 eingefahren und dort gehalten. Über die Kippachse 8 verkippen nun beide Klemmschenkel 6 derart, dass die Kontaktmittel 20 und die Kontaktstifte 24 an beiden Seiten eines als Anschlussfahne ausgebildeten Anschlusses 4 zum Herstellen eines elektrischen Kontaktes anliegen. Zwischen den beiden Klemmschenkeln ist ein Klemmschenkelzwischenraum 42 ausgebildet. Durch die Flexibilität der Kontaktmittel 20 entstehen durch den Kontakt keine Abdrücke oder Kratzer an dem Anschluss 4.
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Die in 5 gezeigte zweite Ausführungsform weist eine Klemmvorrichtung auf, welche einen an der Rückseite 30 angeordneten Kniehebel 38 aufweist, welcher zwischen den rückseitigen Enden der Klemmschenkel 6 angeordnet ist und diese rückseitigen Enden auseinander drückt zur Herstellung der Kontaktstellung.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- Klemmvorrichtung
- 4
- Anschluss
- 6
- Klemmschenkel
- 8
- Kippachse
- 10
- Steckstift
- 12
- Doppelschenkelfeder
- 14
- Kontaktseite
- 16
- Kontaktpatte
- 18
- Ausnehmung
- 20
- Kontaktmittel
- 22
- Anordnungsfläche
- 24
- Kontaktstift
- 26
- Anschlussausnehmung
- 28
- Anschlussleitung
- 30
- Rückseite
- 32
- Rollmittel
- 34
- Spreizmittel
- 36
- Anlaufschräge
- 38
- Kniehebel
- 40
- Rollmittelstifte
- 42
- Klemmschenkelzwischenraum
- 44
- Rastelement
- 46
- Ringnut
- 48
- Steckösen
- 50
- Spalt
- L
- Länge der Kontaktplatte
- B
- Breite der Kontaktplatte
- I
- Länge eines Teils des Kontaktmittels
- b
- Breite eines Teils des Kontaktmittels
- h
- Höhe eines Teils des Kontaktmittels
