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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kontaktsystem, insbesondere zum elektrischen Kontaktieren eines oder mehrerer Prüflinge, insbesondere einer Batteriezelle, an vorgesehenen Testpunkten für Hochstromanwendungen und/oder bei der Batterieherstellung.
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Aus dem Stand der Technik sind gattungsbildende Prüfkontaktsysteme als Bestandteil elektrischer Prüfanordnungen zum elektrischen Kontaktieren eines Prüflings allgemein bekannt. Die bekannten Kontaktelemente umfassen üblicherweise ein, in einem Hülsenelement gefedert angeordneten Kontaktkopf, welcher über einen Tastkopf das elektrische Kontaktieren von vordefinierten Testpunkten oder Rundpfosten des Prüflings ermöglicht. Zudem umfasst der gefederte Kontaktkopf einen, zum Aufnehmen einer Hochstromleitung der Prüfanordnung ausgebildeten Kontakt- oder Anschlussabschnitt. Zum Sicherstellen einer guten Kontaktierung zwischen dem Kontaktkopf und dem Prüfling wird das Kontaktelement entgegen der Federkraft von Federmitteln zum Herstellen der Kontaktkraft in einem Prüfzustand betrieben. Für eine einfache Handhabung beim Prüfen des Prüflings ist eine Vielzahl an Hülsenelementen in einer Trägerplatte der Prüfanordnung angeordnet, um durch Relativverstellen der Trägerplatte zum Prüfling die Kontaktierung durch das Erzeugen des Hubs der Kontaktelemente zu erzeugen
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Aus der
CN 107240799 A ist ein Kontaktelement bekannt, wobei ein Innenleiter über einen Schleifkontakt mit dem Kontaktkopf elektrisch leitend verbunden ist, um das Kontaktelement besonders platzsparend auszubilden. Aus der
DE 203 15 894 U1 ist ein Kontaktelement bekannt, wobei zwischen dem Kontaktkopf und Innenleiter eine elektrisch leitende Radialfeder angeordnet ist. Aus der
DE 10 2004 033 864 A1 und
DE 10 2009 050 128 B4 ist ein Kontaktelement bekannt, wobei der Innenleiter über einen Schleifkontakt mit einem Anschlussstück verbunden ist. Dabei ist bei der
DE 10 2009 050 128 B4 vorgesehen, dass der Innenleiter zur Herstellung einer leitenden Verbindung in eine Kontaktstellung mit dem Schleifkontakt bewegt und zur Unterbrechung der Verbindung aus dieser Kontaktstellung wegbewegt werden kann. Aus der
US 10 161 963 B2 ist ein Prüfkontaktelement bekannt, wobei der Prüfkontaktkopf über einen Schleifkontakt mit einem Gehäuse verbunden ist und das Gehäuse leitend mit einer Leiterbahn auf einer Leiterplatte verbunden ist.
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Aus der
CN 110907671 A ist bekannt Prüfkontaktelemente mit einem isolierten Gehäuse zwischen zwei Montageschienen anzuordnen, während in der
CN 111044919 B ,
CN 110780097 B und
CN 218470826 U die Prüfkontaktelemente in einem Trägerrahmen angeordnet werden, wobei sie unabhängig voneinander aus und eingefahren werden können und jeweils über Kabel an den Strom angeschlossen sind.
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Nachteilig am Stand der Technik ist, dass für die Zuführung von hohen Strömen, wie sie zum Beispiel bei der Formierung von Lithium-Batterien über verhältnisweise lange Zeiträume konstant nötig sind, Anschlusskabel mit großem Querschnitt und entsprechend hoher Steifigkeit benötigt werden. Solche Kabel sind kaum biegbar und nur schwer zu bewegen, wodurch die Handhabbarkeit bei der Anordnung der Prüfanordnungen maßgeblich erschwert ist. Besonders wenn dennoch eine Bewegung der Kabel stattfindet, können durch die Steifigkeit der Kabel undefinierte Querkräfte auf das Kontaktelement wirken, wodurch es zu Verschiebungen oder einem Schiefstehen des Kontaktelements und des kontaktierten Prüflings kommt. Hierdurch wird einerseits die Funktion der Kontaktanordnung eingeschränkt und andererseits können Schäden sowohl am Kontaktelement als auch Prüfling entstehen.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, basierend auf dem Stand der Technik ein verbessertes Kontaktsystem sowie ein verbessertes Prüfkontaktelement für ein Kontaktsystem vorzuschlagen, welches die Nachteile im Stand der Technik adressiert und dabei eine effektive und konstante Hochstromversorgung gewährleistet bei gleichzeitig verbesserter Handhabung und Stabilität der Vorrichtung.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird durch ein erfindungsgemäßes Kontaktsystem nach Anspruch 1 sowie ein Prüfkontaktelement nach Anspruch 21 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. In den Rahmen der Erfindung fallen sämtliche Kombinationen aus zumindest zwei von in der Beschreibung, den Ansprüchen und/oder den Figuren offenbarten Merkmalen.
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Das Kontaktsystem, insbesondere zum elektrischen Kontaktieren eines oder mehrerer Prüflinge, insbesondere einer Batteriezelle, an vorgesehenen Testpunkten für Hochstromanwendungen und/oder bei der Batterieherstellung, umfasst wenigstens einen, bevorzugt eine Vielzahl von, Prüfkontaktelementen aufweisend ein, insbesondere hülsenförmiges Gehäuse, und einen wenigstens abschnittsweise in dem Gehäuse geführten und wenigstens teilweise entlang einer Axialrichtung beweglichen, vorzugsweise federkraftbeaufschlagten, Prüfkontaktkopf zum elektrischen Kontaktieren des Prüflings, wobei der Prüfkontaktkopf eine, vorzugsweise zentrale, Ausnehmung zur Aufnahme eines Innen- und/oder Senseleiters aufweist und wobei der Prüfkontaktkopf einen rückseitigen, vorzugsweise zylindrischen Abschnitt aufweist, welcher in dem hülsenförmigen Gehäuse geführt ist, und wobei der Prüfkontaktkopf durch eine an dem zylindrischen Abschnitt und/oder am hülsenförmigen Gehäuse angeordnete Kontaktierungseinrichtung mit dem hülsenförmigen Gehäuse stromleitend verbunden ist.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Kontaktsystem ein rückseitig am Prüfkontaktelement angeordnetes, stromleitendes Verbindungselement in Form einer Stromschiene aufweist, in welcher das hülsenförmige Gehäuse positionsfest und stromleitend gelagert ist., welcher vollständig aus stromleitenden Material ausgebildet wird.
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Die Erfindung hat erkannt, dass durch die Anordnung der Prüfkontaktelemente, welche vorteilhaft als im Wesentlichen als Rundpfosten ausgebildet sein können, an einer Stromschiene hohe Ströme in die Kontaktelemente geleitet werden können, wobei es durch die Anordnung in der Stromschiene dabei zu keiner Bewegung und damit verbundenen Verschiebung der Anschlüsse kommen kann und somit eine stabile Verbindung mit dem Prüfling gewährleistet wird. Besonders vorteilhaft kann hierdurch auf ein steifes Kabel für die Leitung hoher Ströme verzichtet werden, wobei nicht ausgeschlossen ist, dass der Innenleiter durch ein maßgeblich dünneres, flexibles Kabel mit einer Stromquelle verbunden ist. Durch die Anordnung der Prüfkontaktelemente in der Stromschiene, kann dabei eine besonders flächige Verbindung mit reduziertem Innenwiderstand ausgebildet werden, welche die Verluste bei der Stromleitung und die Erwärmung des Prüfkontaktelements minimiert. Dies ist insbesondere bei der Formierung von Batterien, welche über lange Zeiträume und mit hohen Strömen stattfindet, vorteilhaft und führt zu verbesserter Sicherheit und einer deutlichen Kosteneinsparung.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass die Stromschiene einen Grundkörper aufweist, welcher vollständig aus stromleitendem Material ausgebildet ist. Hierdurch können besonders effizient hohe Ströme geleitet werden, wobei die Verluste reduziert werden. Die Stromschiene kann vorteilhaft ausschließlich aus dem, bevorzugt einstückigen, Grundkörper bestehen und zum Beispiel aus Kupfer oder Aluminium hergestellt sein. Vorteilhaft ist der Grundkörper nicht als Leiterplatte aufgebaut oder weißt im Grundkörper angeordnete Leiterbahnen auf.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass der Prüfkontaktkopf einen monolithisch oder als eigenständiges Bauteilausgebildeten distalen Kontaktabschnitt aufweist, mit einer gegenüber dem zylindrischen Abschnitt vergrößerten Querschnittsfläche und/oder Außendurchmesser. Hierdurch kann die Kontaktfläche zwischen dem Prüfkontaktkopf und dem Prüfling besonders stabil ausgebildet werden und hohe Ströme besonders effizient in den Prüfling geleitet werden. Der Kontaktabschnitt kann monolithisch am Prüfkontaktkopf ausgebildet sein, wobei insbesondere der gesamte Prüfkontaktkopf veredelt ist, oder alternativ als eigenständiges Bauteil am Prüfkontaktkopf angeordnet sein, wobei insbesondere nur der Kontaktabschnitt veredelt ist. Die Veredlung kann hierbei zum Beispiel durch eine Goldlegierung ausgebildet sein.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass das Verbindungselement vorzugsweise zur gleichzeitigen elektrischen Kontaktierung einer Vielzahl von, vorzugsweise in Reihe angeordneter, Prüfkontaktelemente ausgebildet ist. Durch diese Ausführung kann das Kontaktsystem besonders einfach in eine automatisierte Prüf- und/oder Fertigungsanlage, insbesondere für die Batterieherstellung, eingebunden werden.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass ein Grundkörper des Verbindungselements sich in einer Längsrichtung orthogonal zur Axialrichtung des Prüfkontaktelements erstrecket und wenigstens eine darin ausgebildete Öffnung, zur Aufnahme des hülsenförmigen Gehäuses aufweist, wobei die Öffnung bevorzugt ein Innengewinde zum Einschrauben des hülsenförmigen Gehäuses des Prüfkontaktelements aufweist. Alternativ kann auch eine Steckverbindung zwischen dem hülsenförmigen Gehäuse und dem Verbindungselement ausgebildet werden. Der Grundkörper kann alternativ zum Beispiel auch quadratisch, mit mehreren parallelen Reihen von Öffnungen ausgebildet sein.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass das hülsenförmige Gehäuse mit dem Verbindungselement derart kontaktiert ist, dass eine zwischenliegende Kontaktfläche sich über wenigstens 30%, weiter bevorzugt wenigstens 40%, noch weiter bevorzugt wenigstens 50% der Länge des hülsenförmigen Gehäuses in Axialrichtung erstreckt. Diese Maße haben sich als besonders günstig für eine effiziente Stromleitung zwischen dem hülsenförmigen Gehäuse und dem Verbindungselement erwiesen.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass sich die Kontaktierungseinrichtung über eine Länge in Axialrichtung erstreckt und dabei in Seitenansicht wenigstens teilweise und vorzugsweise vollständig mit einer Breitenerstreckung des Verbindungselements überlappend angeordnet ist. Mit anderen Worten ausgedrückt wird der Strom vorteilhaft über die volle Breitenerstreckung des Verbindungselements, flächig bis zur Kontaktierungseinrichtung geleitet, wodurch Verluste minimiert werden können.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass das Kontaktsystem einen Verbindungsabschnitt ausbildet, in welchem der zylindrische Abschnitt, die Kontaktierungseinrichtung, das hülsenförmige Gehäuse und das Verbindungselement, in Seitenansicht überlappend und vorzugsweise konzentrisch zueinander angeordnet sind. Durch die Ausbildung des Verbindungsabschnitts wird die Leitung des Stroms vom Verbindungselement bis zum zylindrischen Abschnitt optimiert, da die flächigen Kontakte einander durchgängig folgend angeordnet sind, ohne dass es durch Reduktion der Kontaktflächen zu Widerständen und/oder Verlusten kommt.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass die Kontaktierungseinrichtung einen, bevorzugt durch ein Stanz- oder Biegeteil ausgebildeten, Schleifkontakt umfasst, welcher vorzugsweise wenigstens teilweise vom Prüfkontaktkopf und/oder am Gehäuse vorstehende Lamellen aufweist. Der Schleifkontakt hat sich als besonders geeignet für die Übertragung hoher Ströme erwiesen und kann die Bewegung des Prüfkontaktkopfes im hülsenförmigen Gehäuse über einen langen Zeitraum robust gewährleisten. Der Schleifkontakt kann dabei eine in Richtung des axialen Mittelpunkts oder vom axialen Mittelpunkt wegführende Wölbung aufweisen. Bevorzugt wird der Schleifkontakt durch ein eigenständiges Stanz- oder Biegeteil ausgebildet, wobei auch denkbar ist den Schleifkontakt monolithisch am Prüfkontaktkopf oder hülsenförmigen Gehäuse auszubilden.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass die Kontaktierungseinrichtung und/oder eine Führung des Prüfkontaktkopfs im Gehäuse derart ausgebildet sind, wenigstens teilweise eine Kippbewegung des Prüfkontaktkopfs gegenüber dem hülsenförmigen Gehäuse zu ermöglichen. Diese Ausführung wirkt besonders vorteilhaft mit der Ausführung umfassend einen Schleifkontakt an der Kontaktierungsvorrichtung zusammen. Denn durch die Möglichkeit leicht zu kippen kann der Prüfkontaktkopf Ungenauigkeiten bei der Kontaktierung eines Prüflings ausgleichen und somit Schäden am Prüfling und am Prüfkontaktelement verhindern, sowie einen besseren Kontakt mit einer größeren Kontaktfläche zum Prüfling sicherstellen. Dabei kann der vorteilhafte Schleifkontakt das Verkippen abfedern und eine stabile leitende Verbindung zwischen dem Prüfkontaktkopf und dem hülsenförmigen Gehäuse gewährleisten.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass der äußere Kontaktabschnitt und/oder der Prüfkontaktkopf beweglich gegenüber dem Gehäuse und/oder der Kontaktierungseinrichtung gelagert sind, wobei insbesondere der äußere Kontaktabschnitt und/oder der Prüfkontaktkopf gegen eine Federkraft einer, insbesondere am Außenumfang des Prüfkontaktkopfs angeordneten, Feder, axial gegen das Gehäuse beweglich ist. Durch die Feder wird der Prüfkontaktkopf nach einer abgeschlossenen Kontaktierung eines Prüflings automatisch wieder in seine Ausgangsposition zurückgeführt. Die Anordnung der Feder am Außenumfang ist hierbei besonders bevorzugt, da hierdurch eine Austauschbarkeit der Feder erreicht wird, welche die Langlebigkeit des Prüfkontaktelements insgesamt erhöht.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass die Feder entlang der Axialrichtung versetzt zu dem hülsenförmigen Gehäuse, insbesondere auf dem hülsenförmigen Gehäuse abgestützt, angeordnet ist. Diese Anordnung der Feder, bringt den Vorteil, dass die Feder besonders groß und/oder mit besonders großer Federkraft ausgebildet werden kann, da keine räumliche Limitierung durch eine Anordnung innerhalb des Gehäuses oder anderweitig innerhalb des Prüfkontaktelements besteht.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass der Prüfkontaktkopf an einem dem äußeren Kontaktabschnitt entlang der Längsachse gegenüberliegenden Ende, einen, insbesondere als Ringkragen ausgebildeten, Anschlagabschnitt aufweist, welcher die Bewegung des Prüfkontaktkopfs gegenüber dem hülsenförmigen Gehäuse entlang der Längsachse einseitig begrenzt. Der Anschlagabschnitt kann vorteilhaft als eigenständiges Bauteil oder monolithisch, insbesondere als umfangseitiger Ring, ausgebildet sein.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass der Innenleiter mehrteilig ausgebildet ist, wobei ein, einen inneren Kontaktabschnitt umfassender, Kopfabschnitt wenigstens abschnittsweise, beweglich in einem Hülsenabschnitt aufgenommen ist und wobei der Hülsenabschnitt an und/oder in einem dem inneren Kontaktabschnitt gegenüberliegenden Anschlussabschnitt angeordnet ist. Hierdurch kann bevorzugt eine Austauschbarkeit der Komponenten des Innenleiters erreicht werden, wodurch die Langlebigkeit des Prüfkontaktelements insgesamt erhöht werden kann. Die Bewegung des Kopfabschnitts findet dabei bevorzugt gegen die Federkraft einer Feder statt, wodurch erreicht werden kann, dass nach Abschluss der Kontaktierung eines Prüflings, das Kopfelement automatisch in seine Ausgangsposition zurückkehrt.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass der Innenleiter, insbesondere der Kopfabschnitt, zumindest abschnittsweise unabhängig vom äußeren Kontaktabschnitt und/oder Prüfkontaktkopf im hülsenförmigen Gehäuse beweglich angeordnet ist. Hierdurch kann vorteilhaft eine zweistufige Bewegung des Prüfkontaktelements bei Kontaktierung eines Prüflings erreicht werden.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass der Innenleiter in einer Nichtkontaktierungsposition des Prüfkontaktelements gegenüber dem äußeren Kontaktabschnitt in seitlicher Ansicht vorstehend angeordnet ist. Diese Ausführung wirkt besonders vorteilhaft mit der vorhergehend beschriebenen Ausführungsform zusammen, wobei bei Kontaktieren des Prüfkontaktelements mit einem Prüfling zuerst der Innenleiter, insbesondere der Kopfabschnitt, in Kontakt mit dem Prüfling tritt. Durch eine Relativbewegung des Innenleiters und des Prüfkontaktkopfs gegeneinander, wird in einer zweiten Stufe der Prüfkontaktkopf in Kontakt mit dem Prüfling gebracht und eine Anlage des äußeren und inneren Kontaktabschnitts am Prüfling erreicht.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass der äußere Kontaktabschnitt eine sich um den zentral angeordneten Innenleiter erstreckende, strukturierte, insbesondere mit Spitzen besetze, Oberfläche aufweist. Weiterhin kann vorgesehen sein, dass der innere Kontaktabschnitt eine strukturierte, insbesondere mit Spitzen besetze, Oberfläche aufweist. Hierdurch kann die Kontaktierung mit einem Prüfling stabilisiert werden, wobei je nach Art des Prüflings eine anderweitig ausgebildete Oberflächenstruktur oder auch eine glatte Oberfläche vorgesehen sein kann.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass das Prüfkontaktelement Lüftungsmittel am Innenleiter und/oder Prüfkontaktkopf umfasst. Die Lüftungsmittel werden dabei bevorzugt durch Materialaussparungen ausgebildet, zum Beispiel als Lüftungstunnel senkrecht zur Axialrichtung am Prüfkontaktkopf und/oder als radial von der Achse und/oder dem Innenleiter wegführende Lüftungsschlitze im Prüfkontaktkopf und/oder als in Axialrichtung verlaufender Lüftungstunnel im Innenleiter und/oder Senseleiter.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass das Prüfkontaktelement zumindest eine, bevorzugt zwei, Isolationselemente aufweist, welche zwischen dem Innenleiter und dem Prüfkontaktkopf angeordnet sind, insbesondere am Prüfkontaktkopf befestigt sind. Die Isolationen sind bevorzugt hülsenförmig ausgebildet und vorteilhaft am Prüfkontaktkopf positionsfest angeordnet. Die Isolationen verhindern eine Leitung vom Strom vom Prüfkontaktkopf auf den Innenleiter und wirken dabei bevorzugt zusätzlich als Befestigungsmittel, insbesondere durch Herstellung einer Klemmverbindung, zwischen dem Prüfkontaktkopf und dem Innenleiter und/oder Senseleiter.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass eine, insbesondere isolierte, Signalschiene mit Öffnungen umfasst ist, wobei den Anschlussabschnitten Buchsen zugeordnet sind, welche in den Öffnungen aufgenommen sind. Hierdurch wird eine stabile Verbindung ausgebildet und Verschiebungen verhindert.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass die Signalschiene, elektrisch leitend mit den Buchsen verbunden ist und dass die Buchsen, bevorzugt über an den Buchsen oder an den Anschlussabschnitten ausgebildete Schleifkontakte, elektrisch leitend mit den Anschlussabschnitten verbunden sind. Durch diese Ausführung können die Innenleiter und/oder Senseleiter mit Strom versorgt werden, wobei vollständig auf Kabelanschlüsse am Prüfkontaktelement verzichtet werden kann. Vorteilhaft ist die Signalschiene nicht für die Leitung von Hochstrom eingerichtet und weist eine kleinere Breitenerstreckung als die Stromschiene auf. In einer vorteilhaften Ausführungsform kann die Signalschiene als Platine ausgebildet sein, insbesondere mit Anschlüssen für die Schleifkontakte an einer Oberseite.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass der Innenleiter als Kontaktstift mit einem vom inneren Kontaktabschnitt galvanisch getrennten Messkontaktelement ausgebildet ist, wobei das Messkontaktelement als entgegen einer Federkraft axial beweglicher Messkontaktstift zur Messung einer physikalischen Eigenschaft des Prüflings ausgebildet ist. Besonders vorteilhaft ist das Messkontaktelement zur Messung einer Temperatur des Prüflings ausgebildet.
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Weiterhin wird die oben genannte Aufgabe gelöst durch ein Prüfkontaktelement zur Anordnung in einem Kontaktsystem, insbesondere nach einer der Ausführungsformen des Kontaktsystems, aufweisend ein, insbesondere hülsenförmiges Gehäuse, und einen wenigstens abschnittsweise in dem Gehäuse geführten und wenigstens teilweise entlang einer Axialrichtung beweglich geführten, vorzugsweise federkraftbeaufschlagten, Prüfkontaktkopf zum elektrischen Kontaktieren des Prüflings, wobei der Prüfkontaktkopf eine, vorzugsweise zentrale, Ausnehmung zur Aufnahme eines darin axial beweglich geführten Innen- und/oder Senseleiters aufweist, wobei der Prüfkontaktkopf einen rückseitigen, vorzugsweise zylindrischen Abschnitt aufweist, welcher in dem hülsenförmigen Gehäuse geführt ist, und wobei der Prüfkontaktkopf durch eine an dem zylindrischen Abschnitt, und/oder am hülsenförmigen Gehäuse angeordnete Kontaktierungseinrichtung mit dem hülsenförmigen Gehäuse stromleitend verbunden ist.
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Erfindungsgemäß ist dabei vorgesehen, dass das hülsenförmige Gehäuse einen vorzugsweise im Wesentlichen zylindrischen Kontaktabschnitt zur selektiven Anordnung in einem elektrischen Verbindungselement, insbesondere in einer Stromschiene, umfasst, wobei der Kontaktabschnitt in Seitenansicht wenigstens teilweise überlappend mit der Kontaktierungseinrichtung angeordnet ist.
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Zur Vermeidung unnötiger Wiederholung wird bezüglich den vorteilhaften Ausführungsformen sowie der vorteilhaften Wirkungen des Prüfkontaktelements auf das oben beschriebene Kontaktsystem verwiesen. Zusammengefasst ermöglich das erfindungsgemäße Prüfkontaktelement eine konstante Hochstromversorgung, bei gleichzeitig verbesserter Handhabung und Stabilität der Vorrichtung. Die bezüglich des vorgenannten Kontaktsystems beschriebenen Merkmale sollen dabei ebenso für das Prüfkontaktelement offenbart und beanspruchbar gelten, sowie umgekehrt.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass sich die Kontaktierungseinrichtung über eine Länge in Axialrichtung erstreckt und dabei in Seitenansicht wenigstens teilweise und vorzugsweise vollständig mit einer Längenerstreckung des Kontaktabschnitts überlappend angeordnet ist. Hierdurch kann eine besonders effiziente und verlustarme Stromleitung zwischen dem hülsenförmigen Gehäuse und besonders dem Verbindungselement und der Kontaktierungseinrichtung gewährleistet werden.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass im Bereich des Kontaktabschnitts der zylindrische Abschnitt, die Kontaktierungseinrichtung und das hülsenförmige Gehäuse in Seitenansicht überlappend und vorzugsweise konzentrisch zueinander angeordnet sind. Vorteilhaft sind das hülsenförmige Gehäuse, die Kontaktierungseinrichtung und der zylindrische Abschnitt einander in einer Richtung orthogonal zur Axialrichtung, d.h. in Radialrichtung, sequentiell folgend angeordnet. Durch diese Ausführung wird vorteilhaft ein durchgehend flächiger Leitpfad von einer Stromschiene bis zum zylindrischen Abschnitt ausgebildet wodurch eine besonders effiziente Stromleitung ermöglicht wird.
- 1a, b, Schematische Seitenansicht eines Prüfkontaktelement in Außenansicht und Schnittdarstellung
- 1c Schematische Seitenansicht in Schnittdarstellung eines Prüfkontaktelements in einem Ausschnitt eines Kontaktsystems
- 1d Schematische Teilansicht eines Prüfkontaktkopfs mit einer zweiten Ausführungsform eines Kontaktabschnitts
- 2a, b Schematische Seitenansicht eines Prüfkontaktkopfes in Außenansicht und Schnittdarstellung
- 3a, b Schematische Seitenansicht eines Kontaktsystems in Außenansicht und Schnittdarstellung
- 4a, b Schematische Seitenansicht eines Kontaktsystems mit Signalschiene in Außenansicht und Schnittdarstellung
- 5a Schematische Seitenansicht in Schnittdarstellung eines Prüfkontaktelements mit einem Kontaktstift
- 5b Vergrößerter Ausschnitt des Kontaktabschnitts der 5a
- 6a, b, c Beispielhafte Ausführungsformen von Lüftungsmitteln am Prüfkontaktkopf und Innenleiter
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In der 1 a und b wird ein Prüfkontaktelement 1 in einer ersten Ausführungsform gezeigt, umfassend ein hülsenförmiges Gehäuse 2, mit einer Länge A1 entlang der Axialrichtung A. Das hülsenförmige Gehäuse 2 ist zumindest teilweise, bevorzugt vollständig, aus einem stromleitenden Material, zum Beispiel aus Kupfer, gefertigt. Ein Prüfkontaktkopf 3 weist einen zylindrischen Abschnitts 3b auf, welcher in dem hülsenförmigen Gehäuse 2 beweglich geführt ist. Der Prüfkontaktkopf 3 weist des Weiteren einen äußeren Kontaktabschnitt 3a auf, welcher vorteilhaft monolithisch am Prüfkontaktkopf 3 ausgebildet ist, wobei bevorzugt der gesamte Prüfkontaktkopf 1 veredelt ist. Alternativ kann der äußere Kontaktabschnitt 3a wie in 1d dargestellt als eigenständiges Bauteil am Prüfkontaktkopf 3 angeordnet sein, wobei bevorzugt nur der äußere Kontaktabschnitt 3a veredelt ist. Der Prüfkontaktkopf 3 weist am äußeren Kontaktabschnitt 3a einen größeren Durchmesser D1 auf, als der Durchmesser D2 des zylindrischen Abschnitts 3b.
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Des Weiteren ist am Prüfkontaktkopf 3 eine Ausnehmung 4 ausgebildet, in welcher ein Innenleiter 5 aufgenommen ist. Der Innenleiter 5 weist einen inneren Kontaktabschnitt 5a auf, angeordnet an einem Kopfabschnitt 5b. Der Kopfabschnitt 5b ist in einem Hülsenabschnitt 5c beweglich aufgenommen, wobei der Hülsenabschnitt 5c wenigstens einseitig entlang der Axialrichtung A unbeweglich an einem Anschlussabschnitt 5d angeordnet ist. Hierdurch wird eine Austauschbarkeit der Komponenten, insbesondere des Kopfabschnitts 5b, erreicht. Der Innenleiter 5, insbesondere der Kopfabschnitt 5b, ist gegenüber dem äußeren Kontaktabschnitt 3a vorauseilend angeordnet. Der äußere Kontaktabschnitt 3a und der innere Kontaktabschnitt 5a weisen eine strukturierte Oberfläche auf, wobei auch Ausführungsformen mit glatter Oberfläche möglich sind. Der Prüfkontaktkopf 3 und der Innenleiter 5 sind durch Isolationen 15 elektrisch voneinander getrennt, wobei die Isolationen 15 zusätzlich eine klemmende Verbindung zwischen dem Prüfkontaktkopf 3 und dem Innenleiter 5 gewährleisten. Dabei ist zumindest der Kopfabschnitt 5b unabhängig vom Prüfkontaktkopf 3 bewegbar angeordnet.
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Am äußeren Umfang des Prüfkontaktkopfs 3, insbesondere des zylindrischen Abschnitts 3b, ist eine Feder 8 angeordnet, welche sich am Kontaktabschnitt 3a und am hülsenförmigen Gehäuse 2 abstützt. Die Feder 8 ist insbesondere mit hoher Federstärke ausgebildet, wobei eine Bewegung des Prüfkontaktkopfs 3 entlang der Axialrichtung A auf das hülsenförmige Gehäuse zu gegen die Federkraft der Feder 8 stattfindet, wodurch nach Beenden einer Kontaktierung eines Prüflings P der Prüfkontaktkopf 3 wieder in seine Ausgangsposition zurückgeführt wird. Nicht gezeigt ist eine zweite Feder welche dem Innenleiter 5, insbesondere dem Kopfabschnitt 5b, zugeordnet ist. Auch diese Feder ist derart angeordnet, dass eine Bewegung des Innenleiters entlang der Axialrichtung A in die Richtung des hülsenförmigen Gehäuses 2 gegen die Federkraft stattfindet und somit erreicht wird, dass nach Beenden der Kontaktierung eines Prüflings P der Innenleiter 5 automatisch in seine Ausgangsposition zurückkehrt. Am Prüfkontaktkopf 3 ist des Weiteren ein Anschlagabschnitt 9 angeordnet, welcher die Bewegung des Prüfkontaktkopfes 3 entlang der Axialrichtung durch ein Anschlagen am hülsenförmigen Gehäuse 2 einseitig begrenzt. Der Anschlagabschnitt 9 ist vorteilhaft als monolithischer oder eigenständiger Ringkragen am Prüfkontaktkopf 3 ausgebildet.
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Das Prüfkontaktelement 1 weist eine Kontaktierungseinrichtung 6 auf, welche in den 1a, b dem Prüfkontaktkopf 3 zugeordnet ist und in der 1 c dem hülsenförmigen Gehäuse 2 zugeordnet ist. Die Kontaktierungseinrichtung 6 ist vorteilhaft umfassend einen Schleifkontakt 7 ausgebildet, welcher vorstehende Lamellen aufweist, und erstreckt sich entlang der Axialrichtung A über eine Länge A2. Der Prüfkontaktkopf 3 ist in dem hülsenförmigen Gehäuse 2 derart gelagert, dass er eine begrenzte Kippbewegung durchführen kann, welche insbesondere Ungenauigkeiten bei der Kontaktierung eines Prüflings P ausgleichen kann. Der Schleifkontakt 7 und/oder die Kontaktierungseinrichtung 6 können die Kippbewegung hierbei abfedern und gleichzeitig die Aufrechterhaltung der leitenden Verbindung zwischen dem hülsenförmigen Gehäuse 2 und dem Prüfkontaktkopf 3 gewährleisten.
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An der, bezogen auf die Radialerstreckung der Axialrichtung A, äußeren Seite des hülsenförmigen Gehäuses 2 ist ein Kontaktabschnitt K ausgebildet, welcher zur Anordnung mit einem Verbindungselement 11, wie in 1c zu sehen, ausgebildet ist. Der Kontaktabschnitt 11 kann vorteilhaft ein Außengewinde aufweisen. Das Verbindungselement 11 ist als Stromschiene 11 ausgebildet und weist einen Grundkörper 13 auf, oder besteht vorteilhaft vollständig aus dem Grundkörper 13, welcher sich in einer Längsrichtung L, orthogonal zur Axialrichtung A erstreckt. Dabei sind Öffnungen 12 im Verbindungselement 11 ausgebildet, in welchen das hülsenförmige Gehäuse 2, zum Beispiel durch eine Schraub- oder Steckverbindung, angeordnet wird. Das Verbindungselement 11 ist vorteilhaft vollständig aus stromleitendem Material ausgebildet, zum Beispiel aus Kupfer.
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Wie in 1 c weitere zu sehen, wird zwischen dem hülsenförmigen Gehäuse 2 und dem Verbindungselement 11 eine Kontaktfläche F ausgebildet, welche sich wenigstens über 30%, bevorzugt wenigstens 40%, besonders bevorzugt wenigstens 50%, der Breitenerstreckung B des Verbindungselements erstreckt. Die Länge A2 der Kontaktierungseinrichtung 6 überlappt wenigstens teilweise mit der Kontaktfläche F und/oder der Breitenerstreckung B. Insbesondere wird ein Verbindungsabschnitt V ausgebildet, in welchem der zylindrische Abschnitt 3b, die Kontaktierungseinrichtung 6, das hülsenförmige Gehäuse 2 und das Verbindungselement 11 überlappend und vorzugsweise konzentrisch angeordnet sind und/oder einander in radialer Richtung zum axialen Mittelpunkt sequentiell folgend angeordnet sind.
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In der 2 a, b wird ein Prüfkontaktkopf 3 gezeigt, mit einem monolithisch ausgebildeten äußeren Kontaktabschnitt 3a und einem zylindrischen Abschnitt 3b. Der Durchmesser D1 der äußeren Kontaktabschnitts 3a ist hierbei größer als der Durchmesser des zylindrischen Abschnitts 3b. Am Außenumfang des zylindrischen Abschnitts 3b und abgestützt am äußeren Kontaktabschnitt 3a ist eine Feder 8 angeordnet. Dem zylindrischen Abschnitt 3b ist des Weiteren eine Kontaktierungseinrichtung 6 zugeordnet, umfassend einen Schleifkontakt 7, mit radial vom Prüfkontaktkopf 3 abstehenden Lamellen. Der Schleifkontakt 7 und/oder die Kontaktierungseinrichtung 6 erstrecken sich über eine Länge A2. Ebenso am Prüfkontaktkopf 3 angeordnet sind Anschlagsmittel 9, welche als Ringkragen am zylindrischen Abschnitt 3b, insbesondere im Bereich eines von einem Prüfling P abgewendeten Endes, angeordnet sind.
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Der Prüfkontaktkopf 3 weist eine Ausnehmung 4 auf, in welcher ein Innenleiter 5 und/oder Senseleiter aufgenommen ist. Der Innenleiter 5 umfasst einen Kopfabschnitt 5b mit einem inneren Kontaktabschnitt 5a, einen Hülsenabschnitt 5c und einen Anschlussabschnitt 5d. Dabei ist der Kopfabschnitt 5b ist im Hülsenabschnitt 5c beweglich aufgenommen, wobei der Hülsenabschnitt 5 wenigstens einseitig entlang der Axialrichtung A unbeweglich an dem Anschlussabschnitt 5d angeordnet ist. Der Innenleiter 5, insbesondere der Kopfabschnitt 5b, ist gegenüber dem äußeren Kontaktabschnitt 3a vorauseilend angeordnet. Der äußere Kontaktabschnitt 3a und der innere Kontaktabschnitt 5a weisen eine strukturierte Oberfläche auf, wobei auch Ausführungsformen mit glatter Oberfläche möglich sind. Der Prüfkontaktkopf 3 und der Innenleiter 5 sind durch Isolationen 15 elektrisch voneinander getrennt, wobei die Isolationen 15 zusätzlich eine klemmende Verbindung zwischen dem Prüfkontaktkopf 3 und dem Innenleiter 5 gewährleisten. Dabei ist zumindest der Kopfabschnitt 5b unabhängig vom Prüfkontaktkopf 3 bewegbar angeordnet.
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Der innere Kontaktabschnitt 5a und der äußere Kontaktabschnitt 3a weisen eine strukturierte Oberfläche auf, in dieser Ausführung mit Spitzen besetzt, wobei auch möglich ist den inneren Kontaktabschnitt 5a und äußeren Kontaktabschnitt 3a mit glatter Oberfläche oder andersartig strukturierter Oberfläche auszubilden.
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In der 3a, b wird ein Kontaktsystem 10 gezeigt, mit Prüfkontaktelementen 1. Die Prüfkontaktelemente 1 umfassen einen Prüfkontaktkopf 3 mit einem äußeren Kontaktabschnitt 3a und einem zylindrischen Abschnitt 3b. In einer Ausnehmung 4 der Prüfkontaktköpfe 3 sind Innenleiter 5 und/oder Senseleiter aufgenommen. Der zylindrische Abschnitt 3b ist teilweise in einem hülsenförmigen Gehäuse 2 aufgenommen, welches positionsfest und stromleitend in einem Verbindungselement 11, welches als Stromschiene ausgebildet ist, aufgenommen ist. Das Verbindungselement 11 ist vorteilhaft vollständig aus stromleitendem Material ausgebildet, zum Beispiel aus Kupfer. Dabei ist eine Vielzahl von Prüfkontaktelementen 1 mit ihren hülsenförmigen Gehäusen 2 in Öffnungen 12, über Schraub- oder Steckverbinden, in Reihe angeordnet. Die Prüfkontaktelemente 1 umfassen des Weiteren Federn 8, welche sich jeweils am äußeren Kontaktabschnitt 3a und am hülsenförmigen Gehäuse 2 abstützen. In dieser Ausführungsform kann dem Innenleiter 5 ein flexibles Kabel zugeordnet sein.
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In der 4a, b ist gegenüber der Ausführung der 3a, b zusätzlich eine, vorteilhaft isolierte, Signalschiene 16 umfasst. Die Signalschiene 16 weist eine geringere Breitenerstreckung als das Verbindungselement 11 auf und ist insbesondere für das Leiten geringerer Ströme als die Stromschiene eingerichtet. In der Signalschiene 16 sind Öffnungen 12` ausgebildet, wobei den Anschlussabschnitten 5d der Innenleiter 5 Buchsen 17 zugeordnet sind, welche in den Öffnungen 12` über eine Schraub- oder Steckverbindung angeordnet sind. Dabei sind den Innenleitern 5 oder den Buchsen 17 Schleifkontakte 7' zur leitenden Verbindung zugeordnet.
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In der 5a, b wird eine alternative Ausführungsform des Innenleiters 5 als Kontaktstift gezeigt. Dieser Kontaktstift umfasst ein sich insbesondere hülsenförmig erstreckendes Gehäuse. Das Gehäuse ist aus einem leitfähigen Material und umfasst ein zylinderförmiges Außengehäuse und ein darin wenigstens teilweise geführtes, ebenfalls zylinderförmiges Innengehäuse. Der Kontaktstift umfasst weiterhin einen axial beweglichen Kontaktierungsabschnitt zum elektrischen Kontaktieren des Prüflings und einen diesen gegenüberliegenden Anschlussabschnitt. Der Kontaktierungsabschnitt ist dabei vorzugsweise integral mit dem Innengehäuse ausgebildet. Der Kontaktierungsabschnitt kann alternativ zum Innengehäuse selektiv verbindbar, beispielsweise anschraubbar, ausgebildet sein. Der Anschlussabschnitt ist vorzugsweise integral mit dem Gehäuse und insbesondere mit dem Außengehäuse ausgebildet. Der Anschlussabschnitt ist zur vorzugsweise elektrischen und mechanischen Verbindung des Kontaktstifts mit einer den Kontaktstift haltenden Vorrichtung wie beispielsweise einem weiter unten beschriebenen Prüfkontaktkopf ausgebildet. Hierzu kann der Anschlussabschnitt als Gewindebolzen mit einer Innenbohrung ausgebildet sein, welcher als in eine geeignete Aufnahme eines zugehörigen Prüfkontaktkopfs einschraubbar ausgebildet ist. Ein vom Kontaktierungsabschnitt übertragener Strom und/oder Spannungssignal kann somit über das Gehäuse hin zum Anschlussabschnitt übertragen werden.
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Der Kontaktstift umfasst weiterhin ein vom Kontaktierungsabschnitt galvanisch getrenntes Messkontaktelement. Dieses ist erfindungsgemäß als entgegen einer Federkraft axial beweglicher Messkontaktstift zur Messung einer physikalischen Eigenschaft des Prüflings ausgebildet. Dies bedeutet, dass der Messkontaktstift bei einem Kontakt mit einem zu prüfenden Prüfling eine physikalische Eigenschaft, insbesondere eine Temperatur des Prüflings messen kann. Hierzu umfasst das Messkontaktelement einen geeigneten Sensor an einem distalen Bereich des Messkontaktstifts.
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Zwischen dem Messkontaktelement und Kontaktierungsabschnitt ist ein Führungselement angeordnet, welches innerhalb des Kontaktierungsabschnitts axial beweglich geführt gelagert ist. Das Führungselement ist dabei mit dem Messkontaktelement starr verbunden bzw. verklemmt und/oder verklebt. Zwischen dem Messkontaktelement und einem unteren bzw. dem Kontaktierungsabschnitt abgewandten Bereich des Innengehäuses ist ein zylinderförmiges Trennelement angeordnet, welches eine zentrale Führungsbohrung aufweist, in welcher das Messkontaktelement axial beweglich geführt ist. Das Führungselement und das Trennelement sind aus elektrisch isolierendem Material bzw. als Isolator ausgebildet und ermöglichen eine galvanische Trennung des Messkontaktelements und des Gehäuses mit dem Kontaktierungsabschnitt.
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Weiterhin, umfasst der Kontaktstift ein erstes Federelement, welches im hülsenförmigen Gehäuse, insbesondere im Außengehäuse zwischen dem Kontaktierungsabschnitt bzw. dem den Kontaktierungsabschnitt umfassenden Innengehäuse und einem rückseitigen Ringabschnitt des Gehäuses angeordnet ist. Weiterhin umfasst der Kontaktstift ein zweites Federelement, welches im Innengehäuse zwischen einem das Messkontaktelement umgebenden Führungselement und einem rückseitigen Ringabschnitt angeordnet ist. Der Ringabschnitt kann dabei integral mit dem Trennelement ausgebildet sein. Das erste und zweite Federelement sind als Druckfedern ausgebildet.
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Der Kontaktierungsabschnitt ist somit mittels Federkraftbeaufschlagung durch das erste Federelement axial im Gehäuse vorgespannt angeordnet. Das Messkontaktelement ist mittels Federkraftbeaufschlagung durch das zweite Federelement axial im Kontaktierungsabschnitt bzw. im Innengehäuse vorgespannt angeordnet. Das Messkontaktelement ist dabei unabhängig vom Kontaktierungsabschnitt bzw. vom restlichen Gehäuse axial beweglich angeordnet.
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Des Weiteren umfasst der Kontaktierungsabschnitt eine Mehrzahl von Kontaktelementen, insbesondere axial erstreckende Kontaktspitzen. Diese sind vorzugsweise das Messkontaktelement umgebend angeordnet. Die Kontaktspitzen sind weiter vorzugsweise gleichmäßig verteilt um das zentral angeordnete Messkontaktelement angeordnet. Ein distales Kontaktende des Messkontaktelements ist vorzugsweise kuppelartig ausgebildet und umfasst vorzugsweise einen daran bzw. darin angeordneten Temperatursensor.
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In einer Nichtkontaktierungsposition steht das Messkontaktelement bzw. dessen Kontaktende gegenüber dem Kontaktierungsabschnitt und insbesondere gegenüber dessen Kontaktspitzen in Längsrichtung vor. Hierdurch wird bei Kontaktierung eines Prüflings zunächst das Kontaktende und somit das Messkontaktelement in Kontakt mit dem Prüflings gebracht, bevor ein elektrischer Kontakt des Prüflings durch den Kontaktierungsabschnitt erfolgt.
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In der 6a, b und c werden verschiedene Möglichkeiten für die Ausbildung von Lüftungsmitteln 14 am Prüfkontaktelement 1 gezeigt. In der 6a sind die Lüftungsmittel 14 als entlang der Axialrichtung A verlaufender Lüftungstunnel im Anschlussabschnitt 5d des Innenleiters 5 ausgebildet. In der 6b wird eine mögliche alternative oder zusätzliche Ausführung als Lüftungstunnel welcher entlang der radialen Erstreckung im Prüfkontaktkopf 3 verläuft gezeigt. In der 6c sind alternative oder zusätzlich Lüftungsmittel 14 als vom axialen Mittelpunkt und/oder Innenleiter 5 strahlenartig wegführende Lüftungsschlitze im Prüfkontaktkopf 3 ausgebildet.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Prüfkontaktelement
- 2
- Hülsenförmiges Gehäuse
- 3
- Prüfkontaktkopf
- 3a
- Äußerer Kontaktabschnitt
- 3b
- Zylindrischer Abschnitt
- 4
- Ausnehmung
- 5
- Innenleiter
- 5a
- Innerer Kontaktabschnitt
- 5b
- Kopfabschnitt
- 5c
- Hülsenabschnitt
- 5d
- Anschlussabschnitt
- 6
- Kontaktierungseinrichtung
- 7, 7`
- Schleifkontakt
- 8
- Feder
- 9
- Anschlagabschnitt
- 10
- Kontaktsystem
- 11
- Verbindungselement
- 12, 12`
- Öffnung
- 13
- Grundkörper
- 14
- Lüftungsmittel
- 15
- Isolation
- 16
- Signalschiene
- 17
- Buchsen
- 18
- Messkontaktelement
- P
- Prüfling
- F
- Kontaktfläche zwischen dem hülsenförmigen Gehäuse und Verbindungselement
- K
- Kontaktabschnitt des hülsenförmigen Gehäuses
- V
- Verbindungsabschnitt
- A
- Axialrichtung
- L
- Längsrichtung des Verbindungselements
- A1
- Länge des hülsenförmigen Gehäuses
- A2
- Länge der Kontaktierungseinrichtung
- D1
- Außendurchmesser des Kontaktabschnitts
- D2
- Außendurchmesser des zylindrischen Abschnitts
- B
- Breitenerstreckung des Verbindungselements
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- CN 107240799 A [0003]
- DE 20315894 U1 [0003]
- DE 102004033864 A1 [0003]
- DE 102009050128 B4 [0003]
- US 10161963 B2 [0003]
- CN 110907671 A [0004]
- CN 111044919 B [0004]
- CN 110780097 [0004]
- CN 218470826 U [0004]
