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Hintergrund
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1. Technisches Gebiet
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Diese Offenbarung betrifft im Allgemeinen einen Sensor, welcher derart gestaltet ist, dass dieser eine Kontaktstelle zwischen einem Elektrodenanschluss einer Sensorvorrichtung und einer Kontaktfeder aufweist.
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2. Allgemeiner Stand der Technik
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Die
JP 2010 - 223 615 A lehrt einen Gassensor zur Verwendung beim Messen der Konzentration einer vorgegebenen Gaskomponente, wie Sauerstoff oder NOx (Stickoxid), welche in Abgasemissionen enthalten ist, die durch eine Auslassleitung bzw. ein Abgasrohr einer Verbrennungskraftmaschine strömen. Der Gassensor weist eine Mehrzahl von Elektrodenanschlüssen auf, welche auf einer Sensorvorrichtung angeordnet sind und mit einer Mehrzahl von elektrischen Anschlüssen in Form von Kontaktfedern, die entsprechend mit einer Mehrzahl von Anschlussdrähten verbunden sind, verbunden sind. Jeder der elektrischen Anschlüsse ist aus einem Anschluss-Verbindungsabschnitt mit einer Feder, die mit einem der Elektrodenanschlüsse in Kontakt steht, und einen Crimpabschnitt, welcher mit einem der Anschlussdrähte verbunden ist, aufgebaut.
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Die elektrischen Anschlüsse sind im Inneren eines Anschluss-Abdeckungselements gehalten. Die Anschlussdrähte durchlaufen Löcher, die entsprechend in einem elastischen Dichtelement ausgebildet sind. Das Anschluss-Abdeckungselement und das elastische Dichtelement sind im Inneren eines metallischen Schutzzylinders angeordnet. Das elastische Dichtelement und die Anschlussdrähte sind durch den Schutzzylinder gehalten, welcher eine teilweise gecrimpte bzw. gequetschte Umfangswand besitzt, so dass diese einen reduzierten Durchmesser aufweist.
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Das Crimpen des Schutzzylinders resultiert für gewöhnlich in einer elastischen Verformung des elastischen Dichtelements, was zu einer Verformung der Anschlussdrähte führt. Dies bewirkt, dass eine externe Kraft, welche bei einer Grenze zwischen dem Anschluss-Verbindungsabschnitt und dem Crimpabschnitt von jedem der mit den Anschlussdrähten verbundenen elektrischen Anschlüsse nach radial außen ausgeübt werden soll, den Crimpabschnitt verbiegt. Die von dem Biegen des Crimpabschnitts auftretende Zugspannung verbleibt in der Grenze.
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Wenn oder nachdem der Gassensor in der Auslassleitung installiert ist, werden die Anschlussdrähte üblicherweise hin zu der Außenseite des Gassensors gezogen, so dass ein solches Herausziehen in Form einer Zugspannung auf die Grenzen wirkt. Auf die Grenzen werden daher gleichzeitig zwei Arten von Zugspannungen aufgebracht.
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Das gleichzeitige Aufbringen der Zugspannungen auf die Grenzen resultiert in der Notwendigkeit zum Erhöhen der mechanischen Festigkeit der elektrischen Anschlüsse, was somit in einer Schwierigkeit resultiert, die Größe oder die Dicke der elektrischen Anschlüsse zu reduzieren. Falls es daher notwendig ist, die elektrischen Anschlüsse und die Anschlussdrähte zu vergrößern, die Gesamtgröße des Gassensors jedoch verkleinert werden soll, erfordert die Reduktion der Größe oder Dicke der elektrischen Anschlüsse eine Veränderung dahingehend, wie die Spannungen auf die elektrischen Anschlüsse wirken.
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Ferner offenbart die
JP 2015 – 145 831 A , dass ein Gassensorelement, das eine Mehrzahl von darin ausgebildeten Elektrodenpads besitzt, in einem Basisendteil bereitgestellt ist. An dem Basisendteil ist eine Kontakteinheit angebracht, die einen basisendseitigen Isolator und eine Mehrzahl von Federterminals aufweist. In dem basisendseitigen Isolator sind eine Aufnahmeöffnung zur Aufnahme des Basisendteils und eine Haltenut ausgebildet. Die Federterminals sind mit einem Federdraht ausgebildet.
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Die Federterminals sind mit einem Körperteil, einem Erstreckungsteil und einem Kontaktbildungsteil bereitgestellt. Das Kontaktbildungsteil wird durch die elastische Kraft der Federterminals zu der Seite des Elektrodenpads gepresst. Die Kontakteinheit ist so konfiguriert, dass sich ein Teil des Kontaktbildungsteils in der Haltenut befindet, bevor das Basisendteil in der Aufnahmeöffnung untergebracht wird.
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Die
DE 10 2014 200 128 A1 offenbart ein Gassensorelement und einen Gassensor, wobei eine erste Elektrode einen Raumexponierungsabschnitt aufweist, der in jenen Innenraum eines Gassensorelements zeigt, der mit einer Umgebungsluft des Gassensorelements kommuniziert. Eine erste Leitung ist mit der ersten Elektrode verbunden. Die erste Elektrode umfasst einen ersten Verbindungsabschnitt, der an einer nicht dem Innenraum ausgesetzten Position angeordnet und mit der ersten Leitung verbunden ist, und der ein Abschnitt der ersten Elektrode ist, der am weitesten von dem Innenraum entfernt angeordnet ist. Der gesamte erste Verbindungsabschnitt ist in einem Abschnitt, der sich von dem Innenraum über eine Strecke von 1,0 mm oder weniger erstreckt, angeordnet.
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Zudem offenbart die
US 6 258 234 B1 einen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor zur Verwendung in einem Abgasreinigungssystem für eine Verbrennungskraftmaschine. Der Sensor besitzt eine äußere und eine innere Abdeckung zum Schutz von Zuleitungsdrähten zu einem Erfassungselement und ein Heizelement des Sensors, eine Gummidichtung, um eine Abdichtung zwischen den Abdeckungen und den Zuleitungsdrähten zu erhalten, und einen wasserabweisenden Filter, um eine Abdichtung zwischen den inneren und äußeren Abdeckungen zu erhalten, während eine Belüftungsmöglichkeit des Raums innerhalb der Abdeckungen erhalten bleibt. Zur Aufnahme der Leitungsdrähte ist die Dichtung mit Löchern versehen, so dass die Mindestdicke zwischen den Löchern und die Mindestdicke zwischen dem Loch und einer Außenfläche der Dichtung 1 mm oder mehr beträgt. Ein Crimpen der äußeren Abdeckung erfolgt so, dass eine Verformung der Dichtung in einem Bereich zwischen 10 und 20% des Außendurchmessers erhalten wird. Ferner erfolgt ein Crimpen der äußeren Abdeckung an einem ersten Abschnitt mit einer größeren Kraft zur Fixierung der äußeren Abdeckung an der inneren Abdeckung und an einem zweiten Abschnitt mit einer kleineren Kraft zum Halten des wasserabweisenden Filters zwischen der äußeren und der inneren Abdeckung. Beim Crimpen wird das Crimpen am ersten Abschnitt gleichzeitig oder früher mit dem Crimpen am zweiten Abschnitt abgeschlossen.
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Kurzfassung
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Es ist daher eine Aufgabe einen Sensor vorzusehen, welcher einen elektrischen Anschluss besitzt, der hinsichtlich der Größe oder der Dicke reduziert bzw. verkleinert werden kann, ohne einen Verlust der mechanische Festigkeit des elektrischen Anschlusses hervorzurufen.
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Die vorstehende Aufgabe wird durch den Gegenstand von Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der sich daran anschließenden abhängigen Ansprüche.
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Gemäß einem Aspekt der Offenbarung ist ein Sensor vorgesehen, welcher aufweist: (a) eine Sensorvorrichtung mit einem Paar von Vorrichtungsoberflächen, die sich parallel zueinander erstrecken, und einer Mehrzahl von Elektrodenanschlüssen, die auf den Vorrichtungsoberflächen angeordnet sind; (b) eine Mehrzahl von Kontaktfedern, die entsprechend in Kontakt mit den Elektrodenanschlüssen angeordnet sind; (c) eine Mehrzahl von Anschlussdrähten, welche entsprechend mit den Kontaktfedern verbunden sind; (d) einen Porzellanisolator, in welchem die Sensorvorrichtung angeordnet ist und die Kontaktfedem gehalten sind; (e) ein Gehäuse, in welchem der Porzellanisolator gehalten ist; (f) eine zylindrische Abdeckung, welche an einem Außenumfang des Gehäuses gesichert ist, wobei die zylindrische Abdeckung eine vorgegebene Länge mit einem Basis-Endabschnitt und einem Spitzen-Endabschnitt besitzt und wobei die zylindrische Abdeckung einen Abschnitt mit kleinem Durchmesser umfasst; (g) eine Buchse, welche innerhalb eines Innenumfangs des Basis-Endabschnitts der zylindrischen Abdeckung näher an einem Basisende der zylindrischen Abdeckung als der Porzellanisolator angeordnet ist, wobei in der Buchse eine Mehrzahl von Durchgangslöchern ausgebildet sind, durch welche die Anschlussdrähte laufen, und wobei die Buchse durch den Abschnitt der zylindrischen Abdeckung mit kleinem Durchmesser elastisch zusammengedrückt wird, um ein Halten der Anschlussdrähte in den Durchgangslöchern zu schaffen; und (h) eine spezifische Kontaktfeder, welche zumindest einer der Kontaktfedern entspricht und einen Feder-Kontaktabschnitt, einen Feder-Halteabschnitt, einen Feder-Biegeabschnitt und einen Feder-Verbindungsabschnitt umfasst.
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Der Feder-Kontaktabschnitt ist in einer Kontaktrichtung senkrecht zu den Vorrichtungsoberflächen in Kontakt mit einer Außenfläche von einem der Elektrodenanschlüsse angeordnet. Der Feder-Halteabschnitt ist von dem Feder-Kontaktabschnitt weggeführt bzw. gebogen und erstreckt sich in einer axialen Richtung der zylindrischen Abdeckung außerhalb des Feder-Kontaktabschnitts, um den Feder-Kontaktabschnitt in der Kontaktrichtung zu überlappen. Der Feder-Halteabschnitt ist durch den Porzellanisolator gehalten. Der Feder-Biegeabschnitt ist ausgehend von dem Feder-Halteabschnitt nach innen gebogen und erstreckt sich in einer schrägen Form in der Kontaktrichtung. Der Feder-Biegeabschnitt ist durch den Porzellanisolator gehalten. Der Feder-Verbindungsabschnitt ist ausgehend von dem Feder-Biegeabschnitt gebogen und erstreckt sich in der axialen Richtung. Der Feder-Verbindungsabschnitt erstreckt sich durch ein in dem Porzellanisolator ausgebildetes Durchgangsloch in Richtung hin zu dem Basisende der zylindrischen Abdeckung und dieser ist mit einem der Anschlussdrähte verbunden.
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Bei dem Sensor ist der Feder-Biegeabschnitt der spezifischen Kontaktfeder, wie vorstehend beschrieben, ausgehend von dem sich in der axialen Richtung der zylindrischen Abdeckung erstreckenden Feder-Halteabschnitt nach innen gebogen und erstreckt sich in der schrägen bzw. geneigten Form in der Kontakterichtung senkrecht zu den Vorrichtungsoberflächen der Sensorvorrichtung. Der Feder-Biegeabschnitt ist derart angeordnet, dass dieser eine Länge besitzt, die sich im Wesentlichen entlang der tangentialen Linie an den imaginären Kreis erstreckt, der um die Mitte der zylindrischen Abdeckung in der axialen Richtung definiert ist.
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Bei der Herstellung des Sensors wird die zylindrische Abdeckung nach innen gedrückt, so dass diese den Abschnitt mit kleinem Durchmesser zum Halten der Buchse und der Anschlussdrähte im Inneren der zylindrischen Abdeckung besitzt. Dies bewirkt, dass die Buchse nach innen zusammengedrückt wird, was zu einer Verformung der Anschlussdrähte führt. Die äußere Kraft, welche die Anschlussdrähte verformt, wird dazu führen, dass der Feder-Verbindungsabschnitt in der radialen Richtung der Buchse zumindest teilweise nach innen gebogen wird. Dies führt dazu, dass die zum Biegen des Feder-Verbindungsabschnitts wirkende äußere Kraft von dem Feder-Verbindungsabschnitt zu dem Feder-Biegeabschnitt als eine äußere Kraft wirkt, die dazu dient, um den Feder-Biegeabschnitt in Abhängigkeit der Konfiguration des Feder-Biegeabschnitts zu verdrehen. Danach verbleibt die äußere Kraft, um den Feder-Biegeabschnitt zu verdrehen, als Restspannung in dem Feder-Biegeabschnitt.
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Wenn oder nachdem der Sensor beispielsweise in einer Auslassleitung einer Verbrennungskraftmaschine eingebaut ist und die Anschlussdrähte hin zu der Außenseite des Sensors gezogen werden, wirkt eine äußere Kraft, um jeden der Anschlussdrähte zu ziehen, als eine äußere Kraft, um den Feder-Biegeabschnitt über den Feder-Verbindungsabschnitt zu biegen. Die äußere Kraft, um den Feder-Biegeabschnitt zu biegen, wirkt als eine Biegespannung auf den Feder-Biegeabschnitt. Dies verhindert, dass sowohl die äußere Kraft, welche durch das Zusammendrücken der zylindrischen Abdeckung hervorgerufen wird, als auch die äußere Kraft, welche durch das Ziehen der Anschlussdrähte hervorgerufen wird, als Zugspannung auf den Feder-Biegeabschnitt wirkt. Dies resultiert in einer verringerten Gefahr, dass die mechanische Festigkeit des Feder-Biegeabschnitts der spezifischen Kontaktfeder, bei welchem sich die Spannung auf einfache Art und Weise konzentriert, eine Obergrenze davon erreicht, wodurch ermöglicht wird, dass die spezifische Kontaktfeder eine erforderliche mechanische Festigkeit besitzt. Dies ermöglicht, dass die Kontaktfedern aus einem Walzdraht hergestellt werden und hinsichtlich Größe oder Dicke davon reduziert sind.
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Der Sensor dieser Offenbarung, wie aus der vorstehenden Diskussion ersichtlich, ist derart konstruiert, um ein erforderliches Ausmaß einer mechanischen Festigkeit der Kontaktfedern sicherzustellen und um zu ermöglichen, dass die Kontaktfedern hinsichtlich Größe und Dicke davon reduziert sind.
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Kurze Beschreibung der Abbildungen
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Die vorliegende Erfindung wird aus der nachstehend angegebenen detaillierten Beschreibung und aus den beigefügten Abbildungen der bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung ersichtlicher, welche jedoch nicht dahingehend verstanden werden sollen, dass diese die Erfindung auf die spezifischen Ausführungsformen beschränken, sondern diese dienen lediglich zum Zwecke der Erläuterung und des Verständnisses.
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In den Abbildungen sind:
- 1 ist eine Längs-Schnittansicht, welche einen Sensor gemäß einer Ausführungsform zeigt;
- 2 ist eine perspektivische Teilansicht, welche spezifische Kontaktfedern darstellt, die in Kontakt mit Elektrodenanschlüssen einer Sensorvorrichtung gemäß einer Ausführungsform angeordnet sind;
- 3 ist eine perspektivische Teilansicht, welche übliche bzw. herkömmliche Kontaktfedern darstellt, die in Kontakt mit Elektrodenanschlüssen einer Sensorvorrichtung gemäß einer Ausführungsform angeordnet sind;
- 4 ist eine Quer-Schnittansicht entlang der Linie IV-IV in 1; und
- 5 ist eine Quer-Schnittansicht entlang der Linie V-V in 1.
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Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
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Nun ist mit Bezug auf die Abbildungen, insbesondere mit Bezug auf 1, der Sensor 1 gemäß einer Ausführungsform gezeigt.
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Der in 1 dargestellte Sensor 1 umfasst die Sensorvorrichtung 2, eine Mehrzahl von Kontaktfedern 3A und 3B, eine Mehrzahl von Anschlussdrähten 35, den Porzellanisolator (ebenso als Keramikisolator bezeichnet) 4, das Gehäuse 5, die zylindrische Abdeckung 6 und die Buchse bzw. Leitungseinführung 7.
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Die Sensorvorrichtung 2 besitzt Hauptflächen (welche nachstehend ebenso als Vorrichtungsoberflächen bezeichnet sind) 22, die sich parallel zueinander erstrecken und über eine Dicke der Sensorvorrichtung 2 entgegengesetzt zueinander angeordnet sind. Die Sensorvorrichtung 2 besitzt außerdem eine Mehrzahl von Elektrodenanschlüssen 21, welche entsprechend auf den Vorrichtungsoberflächen 22 angeordnet sind. Die Kontaktfedern 3A und 3B sind entsprechend in Kontakt mit den Elektrodenanschlüssen 21 angeordnet. Die Anschlussdrähte 35 sind entsprechend mit den Kontaktfedern 3A und 3B verbunden. In dem Porzellanisolator 4 sind die Sensorvorrichtung 2 und die Kontaktfedern 3A und 3B gehalten. In dem Gehäuse 5 ist der Porzellanisolator 4 gehalten. Die zylindrische Abdeckung 6 ist an einem Außenumfang des Gehäuses 5 gesichert. Die Buchse 7 ist im Inneren des Basis-Endabschnitts 61 angeordnet, welcher einem der Enden der zylindrischen Abdeckung 6 entspricht, die in der axialen Richtung X des Sensors 1 entgegengesetzt zueinander angeordnet sind. Die Buchse 7 ist näher an dem Basisende (das heißt, einem oberen Ende, wie in 1 gezeigt) der zylindrischen Abdeckung 6 angeordnet als der Porzellanisolator 4. Die Buchse 7 weist eine Mehrzahl von Löcher 71 auf, welche die Anschlussdrähte 35 entsprechend durchlaufen. Die Anschlussdrähte 35 sind durch elastisches nach innen Drücken bzw. Komprimieren oder Crimpen eines Abschnitts der zylindrischen Abdeckung 6 fest in den Durchgangslöchern 71 gehalten.
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Einige der Kontaktfedern 3A und 3B, welche in dieser Offenbarung nachfolgend als spezifische Kontaktfedern 3A bezeichnet werden, wie in 2 dargestellt, umfassen jeweils den Feder-Kontaktabschnitt 31A, den Feder-Halteabschnitt 32A, den Feder-Biegeabschnitt 33A und den Feder-Verbindungsabschnitt 34A.
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Der Feder-Kontaktabschnitt 31A steht mit Außenflächen eines entsprechenden Anschlusses der Elektrodenanschlüsse 21 in einer Kontaktrichtung V, welche einer Richtung senkrecht zu den Vorrichtungsoberflächen 22 entspricht, in Kontakt. Der Feder-Halteabschnitt 32A ist von dem Feder-Kontaktabschnitt 31A weggeführt bzw. gebogen und erstreckt sich auf der Außenseite des Feder-Kontaktabschnitts 31A in der axialen Richtung X der zylindrischen Abdeckung 6. Der Feder-Halteabschnitt 32A überlappt in der Kontaktrichtung V mit dem Feder-Kontaktabschnitt 31A und ist durch den Porzellanisolator 4 gehalten. Der Feder-Biegeabschnitt 33A ist ausgehend von dem Feder-Halteabschnitt 32A in der Kontaktrichtung V nach innen gebogen, so dass dieser mit einem vorgegebenen Winkel schief zu den Vorrichtungsoberflächen 22 steht. Der Feder-Biegeabschnitt 33A ist durch den Porzellanisolator 4 gehalten. Der Feder-Verbindungsabschnitt 34A ist ausgehend von dem Feder-Biegeabschnitt 33A gebogen und erstreckt sich in der axialen Richtung X. Der Feder-Verbindungsabschnitt 34A durchläuft das Durchgangsloch 421 in dem Porzellanisolator 4 und erstreckt sich nach außerhalb des Basisendes des Porzellanisolators 4. Einer der Anschlussdrähte 35 ist mit dem Feder-Verbindungsabschnitt 34A verbunden.
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2 stellt die spezifischen Kontaktfedern 3A dar, welche in Kontakt mit entsprechenden Anschlüssen der Elektrodenanschlüsse 21 der Sensorvorrichtung 2 angeordnet sind. In 2 sind solche Federn aus den Kontaktfedern 3A und 3B, welche sich von den spezifischen Kontaktfedern 3A unterscheiden und nachstehend auch als übliche bzw. herkömmliche Kontaktfedern 3B bezeichnet sind, nicht dargestellt.
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Nachstehend wird der Sensor 1 ebenso detailliert beschrieben.
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Der Sensor 1, wie in dieser Offenbarung bezeichnet, ist ein Gassensor, der in einer Auslassleitung einer in einem Kraftfahrzeug montierten Verbrennungskraftmaschine angeordnet ist, und dieser arbeitet, um die Konzentration von Sauerstoff oder einer vorgegebenen Gaskomponente, welche in den durch die Auslassleitung strömenden Abgasemissionen enthalten ist, zu messen.
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Mit Rückbezug auf 1 ist eine Richtung, in welcher sich die Sensorvorrichtung 2 erstreckt, gleich dieser Richtung, in welcher sich die zylindrische Abdeckung 6 erstreckt. Eine solche Richtung wird als die axiale Richtung X des Sensors 1 bezeichnet. Eine Seite, auf welcher ein Ende der in der axialen Richtung X zueinander entgegengesetzten Enden des Sensors 1 liegt, wird als eine vordere Endseite X1 bezeichnet, welche hin zu dem von der Verbrennungskraftmaschine ausgestoßenen Abgas freiliegend ist, während eine Seite, auf welcher das andere Ende des Sensors 1 liegt, als die Basis-Endseite X2 bezeichnet wird. Die Kontaktrichtung V, welche senkrecht zu den Vorrichtungsoberflächen 22 der Sensorvorrichtung 2 ist, ist orthogonal zu der axialen Richtung X. 1 stellt als ein Beispiel eine der spezifischen Kontaktfedern 3A auf der linken Seite dar, auf welcher die herkömmlichen Kontaktfedern 3B nicht dargestellt sind. 1 stellt außerdem eine der herkömmlichen Kontaktfedern 3B auf der rechten Seite dar, auf welcher die spezifischen Kontaktfedern 3A nicht dargestellt sind.
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Die Sensorvorrichtung 2 umfasst einen sauerstoffdurchlässigen Festelektrolytkörper und eine Mehrzahl von Elektroden, welche an Oberflächen des Festelektrolytkörpers fixiert sind. Die Sensorvorrichtung 2 besitzt außerdem eine darin geschichtete Heizvorrichtung, welche dem Festelektrolytkörper zugewandt ist und diesen erwärmt. Einige der Elektroden sind hin zu einer Gaskammer, in welche das von der Verbrennungskraftmaschine ausgestoßene Abgas geführt wird, freiliegend, während die anderen Elektroden hin zu einer Referenzkammer, in welche Luft geführt wird, freiliegend sind.
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Die Sensorvorrichtung 2 besitzt einen Gaserfassungsabschnitt 23, welcher auf der vorderen Endseite X1 angeordnet ist und dazu dient, die Konzentration von NOx, welches einer vorgegebenen Gaskomponente des Abgases entspricht, unter Verwendung der Elektroden zu messen. Die Heizvorrichtung ist aus einem Heizelement, welches dazu dient, Wärme zu erzeugen, wenn dieses elektrisch bestromt wird, und einem Keramiksubstrat, in welchem das Heizelement eingebettet ist, aufgebaut. Die Elektrodenanschlüsse 21 der Sensorvorrichtung 2 sind mit den Elektroden und dem Heizelement der Sensorvorrichtung 2 über nicht gezeigte Drähte verbunden, und diese sind, wie vorstehend beschrieben ist, auf den Vorrichtungsoberflächen 22 auf der Basis-Endseite X2 der Sensorvorrichtung 2 angeordnet.
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Die Sensorvorrichtung 2 besitzt eine rechtwinklige Gestalt mit einer vorgegebenen Länge, die sich in der axialen Richtung X erstreckt, und einen rechtwinkligen transversalen Querschnitt. Die Vorrichtungsoberflächen 22 definieren lange Seiten des rechtwinkligen transversalen Querschnitts.
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Die Kontaktfedern 3A und 3B in dieser Ausführungsform, wie in 1 gezeigt, umfassen die spezifischen Kontaktfedern 3A mit den Feder-Biegeabschnitten 33A und die herkömmlichen Kontaktfedern 3B, welche die Feder-Biegeabschnitte 33A nicht besitzen. Jede der Kontaktfedern 3A und 3B wird durch eine Biegebearbeitung ausgebildet. Jede der Kontaktfedern 3A und 3B ist aus einem metallischen Walzdraht hergestellt, dessen Querschnitt kreisförmig ist, um die Größe und Dicke davon zu minimieren. Insbesondere erleichtert die Verwendung des Walzdrahts das Biegen der spezifischen Kontaktfeder 3A in einer Fertigungsanlage.
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Die Kontaktfedern 3A und 3B sind, wie aus 4 ersichtlich ist, an sechs Stellen bzw. Positionen an dem Porzellanisolator 4 angeordnet. Insbesondere sind die spezifischen Kontaktfedern 3A bei vier äußeren der sechs Positionen an dem Porzellanisolator 4 angeordnet, während die herkömmlichen Kontaktfedern 3B bei zwei mittleren der sechs Positionen an dem Porzellanisolator 4 angeordnet sind. Die spezifischen Kontaktfedern 3A sind auf jeder der Vorrichtungsoberflächen 22 in der Breitenrichtung W, welche senkrecht zu sowohl der axialen Richtung X als auch der 31A-Richtung V ist, entfernt voneinander angeordnet. Die spezifischen Kontaktfedern 3A sind entsprechenden Anschlüssen der Elektrodenanschlüsse 21 zugewandt.
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Jede der herkömmlichen Kontaktfedern 3B, wie in 3 dargestellt, umfasst den Feder-Kontaktabschnitt 31B, den Feder-Halteabschnitt 32B und den Feder-Verbindungsabschnitt 34B, welche hinsichtlich der Konfiguration entsprechend identisch zu dem Feder-Kontaktabschnitt 31A, dem Feder-Halteabschnitt 33A und dem Feder-Verbindungsabschnitt 34A der spezifischen Kontaktfeder 3A sind. Jede der herkömmlichen Kontaktfedern 3B ist in der Kontaktrichtung V senkrecht zu den Vorrichtungsoberflächen 22 teilweise zweidimensional gebogen. Der Feder-Halteabschnitt 32B und der Feder-Verbindungsabschnitt 34B von jeder der herkömmlichen Kontaktfedern 3B sind durch den vertikal gebogenen Federabschnitt 33B, welcher in der Kontaktrichtung V senkrecht zu der Länge des Feder-Halteabschnitts 32B vorsteht, miteinander verbunden.
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3 stellt eine der herkömmlichen Kontaktfedern 3B dar, welche in Kontakt mit einem entsprechenden Anschluss der Elektrodenanschlüsse 21 der Sensorvorrichtung 2 angeordnet ist, und zur besseren Sichtbarkeit sind die spezifischen Kontaktfedern 3A nicht dargestellt.
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Der Feder-Kontaktabschnitt 31A von jeder der spezifischen Kontaktfedern 3A ist, wie in 2 klar dargestellt ist, ausgehend von der Spitze (das heißt, einem unteren Ende, wie in 2 gezeigt) des Feder-Halteabschnitts 32A gebogen, so dass dieser geneigt ist, um sich mit einem vorgegebenen Winkel zu der axialen Richtung X ausgehend von der vorderen Endseite (das heißt, einem unteren Ende, wie in 2 gezeigt) zu der Basis-Endseite (das heißt, einem oberen Ende, wie in 2 gezeigt) davon in Richtung hin zu der Sensorvorrichtung 2 zu erstrecken. Der Feder-Kontaktabschnitt 31A besitzt die in Kontakt mit der Vorrichtungsoberfläche 22 der Sensorvorrichtung 2 angeordnete Basis-Endseite. Der Feder-Kontaktabschnitt 31A ist elastisch verformbar, um einen Abstand zwischen demselben und dem Feder-Halteabschnitt 32A zu verändern. Mit anderen Worten, der Feder-Kontaktabschnitt 31A wird durch eine Federlast bzw. -kraft, welche durch die elastische Verformung davon geschaffen wird, in Kontakt mit den Vorrichtungsoberflächen 22 gedrängt bzw. gebracht.
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Die Elektrodenanschlüsse 21 der Sensorvorrichtung 2 sind auf drei Bereichen von jeder der Vorrichtungsoberflächen 22 ausgebildet. Die herkömmliche Kontaktfeder 3B befindet sich in der Breitenrichtung W bei der Mitte der Breite von jeder der Vorrichtungsoberflächen 22. Die spezifischen Kontaktfedern 3A sind auf entgegengesetzten Seiten der herkömmlichen Kontaktfeder 3B angeordnet. Die Feder-Biegeabschnitte 33A der spezifischen Kontaktfedern 3A erstrecken sich entlang einer tangentialen Linie an einen imaginären Kreis C, welcher um die längsverlaufende Mittellinie der sich in der axialen Richtung X erstreckenden zylindrischen Abdeckung 6 definiert ist. Mit anderen Worten, jeder der Feder-Biegeabschnitte 33A ist derart angeordnet, dass sich dieser entlang einer tangentialen Linie bzw. Tangente an die äußere Umfangsfläche des Porzellanisolators 4 erstreckt, dieser kann jedoch alternativ mit einem Winkel zwischen beispielsweise plus und minus 15° zu der tangentialen Linie an die äußeren Umfangsfläche des Porzellanisolators 4 ausgerichtet oder geneigt sein. Die beiden spezifischen Kontaktfedern 3A sind in der Breitenrichtung W voneinander entfernt angeordnet, so dass diese in der axialen Richtung X betrachtet über jede der herkömmlichen Kontaktfedern 3B symmetrisch sind.
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Der Porzellanisolator 4 entspricht einer Anordnung bzw. Baugruppe des ersten Porzellanisolators 41 und des zweiten Porzellanisolators 42, wie in 1 dargestellt ist. Der erste Porzellanisolator 41 hält die Sensorvorrichtung 2 mit dem in Richtung hin zu der vorderen Endseite X1 vorstehenden Gaserfassungsabschnitt 23 und den auf der Basis-Endseite X2 von dieser freiliegenden Elektrodenanschlüssen 21. Der zweite Porzellanisolator 42 ist näher an der Basis-Endseite X2 des Sensors 1 angeordnet als der erste Porzellanisolator 41, und dieser hält darin die Kontaktfedern 3A und 3B.
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Der erste Porzellanisolator 41 besitzt das darin ausgebildete Mittelloch 411, welches die Mittelachse einer Länge davon durchläuft, und durch welches die Sensorvorrichtung 2 läuft. Der erste Porzellanisolator 41 besitzt außerdem die zylindrische Kammer 412, welche bei dem Basisende davon ausgebildet ist und mit dem Mittelloch 411 in Verbindung steht. Die zylindrische Kammer 412 ist mit Talk 413 gefüllt, um die Sensorvorrichtung 2 in dem Mittelloch 411 des ersten Porzellanisolators 41 fest zu halten. Der zweite Porzellanisolator 42 umfasst, wie in 1 und 4 dargestellt ist, die zylindrische Seitenwand 421 und die Deckenwand 422, welche eine Basisendöffnung der Seitenwand 421 verschließt. Der zweite Porzellanisolator 42 besitzt eine Mehrzahl von Haltenuten 44, welche bei einer Innenfläche der Seitenwand 421 ausgebildet sind, und in welchen die Feder-Halteabschnitte 32A der spezifischen Kontaktfedern 3A und die Feder-Halteabschnitte 32B der herkömmlichen Kontaktfedern 3B gehalten sind. Die Haltenuten 44 erstrecken sich in der axialen Richtung X. Die Seitenwand 421 des zweiten Porzellanisolators 42 besitzt die bei einem inneren Umfang davon ausgebildeten zugewandten Wände 45. Jede der zugewandten Wände 45 besitzt eine Oberfläche, die mit einem vorgegebenen Winkel zu der Kontaktrichtung V geneigt oder ausgerichtet ist, so dass diese einem der Feder-Biegeabschnitte 33A zugewandt ist. Jede der zugewandten Wände 45 dient dazu, um einen entsprechenden Abschnitt der Feder-Biegeabschnitte 33A zu halten, wenn von dem Feder-Verbindungsabschnitt 34A ein äußerer Druck auf den Feder-Biegeabschnitt 33A ausgeübt wird.
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Die Feder-Kontaktabschnitte 31A und 31B, die Feder-Halteabschnitte 32A und 32B und der Feder-Biegeabschnitt 33A oder der vertikal gebogene Federabschnitt 33B von jeder der spezifischen Kontaktfedern 3A und jeder der herkömmlichen Kontaktfedern 3B sind innerhalb der Seitenwand 421 angeordnet. Die Feder-Verbindungsabschnitte 34A und 34B von jeder der spezifischen Kontaktfeder 3A und jeder der herkömmlichen Kontaktfeder 3B sind von der Seitenwand 421 aus der Deckenwand 422 in Richtung hin zu der Basis-Endseite des Sensors 1 geführt bzw. gebogen.
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Der zweite Porzellanisolator 42, wie in 4 gezeigt, besitzt das innerhalb der Seitenwand 421 ausgebildete Sensormontageloch 46. Die Haltenuten 44 stehen mit dem Sensormontageloch 46 in Verbindung. Die Feder-Kontaktabschnitte 31A und 31B der spezifischen Kontaktfedern 3A und der herkömmlichen Kontaktfedern 3B stehen in dem Sensormontageloch 46 mit den Elektrodenanschlüssen 21 in Kontakt.
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Die Deckenwand 422 des zweiten Porzellanisolators 42 besitzt, wie in 5 dargestellt ist, die darin ausgebildeten Durchgangslöcher 47, welche sich in der axialen Richtung X erstrecken, und welche die Feder-Verbindungsabschnitte 34A durchlaufen. Wenn jede der spezifischen Kontaktfedern 3A über einen der Anschlussdrähte 35 nach oben gezogen wird, wie in 1 gezeigt, dient die Deckenwand 42 als ein Anschlag, um das Herausziehen des Feder-Biegeabschnitts 33A der spezifischen Kontaktfeder 3A zu blockieren. Wenn jede der herkömmlichen Kontaktfedern 3B über einen der Anschlussdrähte 35 nach oben gezogen wird, dient die Deckenwand 42 gleichermaßen als der Anschlag, um das Herausziehen des vertikal gebogenen Federabschnitts 33B der herkömmlichen Kontaktfeder 3B zu blockieren.
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Jeder der Feder-Verbindungsabschnitte 34A und 34B der Kontaktfedern 3A und 3B ist, wie in 1 und 5 dargestellt ist, über den Verbindungsanschluss 36 mit einem der Anschlussdrähte 35 verbunden. Die Anschlussdrähte 35 sind mit einer außerhalb des Sensors 1 angeordneten externen Steuerungsvorrichtung verbunden. Jeder der Anschlussdrähte 35 ist in eines der Durchgangslöcher 71 der Buchse 7 eingefügt. Der Außenumfang der zylindrischen Abdeckung 6 ist elastisch gecrimpt, so dass dieser einen Abschnitt 70 mit kleinem Durchmesser besitzt, welcher die Buchse 7 radial komprimiert, um die Anschlussdrähte 35 fest in den Durchgangslöcher 71 zu halten, die, wie aus 1 ersichtlich ist, durch das Zusammendrücken der Buchse 7 gebogen werden. Jeder der Feder-Verbindungsabschnitte 34A und 34B der Kontaktfedern 3A und 3B und jeder der Anschlussdrähte 3 5 sind auf dem imaginären Kreis C angeordnet, der um die Mitte der zylindrischen Abdeckung 6 in der axialen Richtung X definiert ist.
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Die Buchse 7 und die Anschlussdrähte 35 werden, wie aus 1 ersichtlich ist, der elastischen Verformung des Basis-Endabschnitts 61 der zylindrischen Abdeckung 6 infolge des Crimpens des Basis-Endabschnitts 61 nach radial innen unterzogen, wodurch Freiräume zwischen den Durchgangslöchern 71 der Buchse 7 und den Anschlussdrähten 35 und zwischen der Buchse 7 und der zylindrischen Abdeckung 6 hermetisch abgedichtet werden. Bei der Herstellung des Sensors 1 wird der Basis-Endabschnitt 61 der zylindrischen Abdeckung 6 elastisch gecrimpt, so dass dieser einen reduzierten Durchmesser aufweist, wodurch hervorgerufen wird, dass jeder der Anschlussdrähte 35 über die Buchse 7 in einer Richtung der Buchse 7 nach radial innen teilweise verformt wird. Dies bewirkt außerdem, dass die Feder-Verbindungsabschnitte 34A und 34B der Kontaktfedem 3A und 3B und die Verbindungsanschlüsse 36 in der Richtung der Buchse 7 nach radial innen gebogen werden. Nach der Herstellung des Sensors 1 wird daher das Ausüben bzw. Aufbringen einer aus einem solchen Biegen resultierenden äußeren Kraft von den Feder-Verbindungsabschnitten 34A und 34B auf die Feder-Biegeabschnitte 33A und die vertikal gebogenen Federabschnitte 33B der Kontaktfedern 3A und 3B aufrechterhalten.
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Das Gehäuse 5 entspricht einer hohlen Zylindergestalt und einem Abschnitt des Sensors 1 zur Verwendung beim festen Sichern des Sensors 1 an der Auslassleitung der Verbrennungskraftmaschine. Das Gehäuse 5 besitzt die über den ersten Porzellanisolator 41 darin gehaltene Sensorvorrichtung 2. Die Schutzabdeckung 51 ist bei dem außen Umfang eines vorderen Endes des Gehäuses 5 installiert, um den Gaserfassungsabschnitt 23 der Sensorvorrichtung 2 zu bedecken.
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Die Schutzabdeckung 51 entspricht einer Anordnung der ersten Schutzabdeckung 51A und der zweiten Schutzabdeckung 51B. Die erste Schutzabdeckung 51 bedeckt den Gaserfassungsabschnitt 23 der Sensorvorrichtung 2. Die zweite Schutzabdeckung 51B umgibt die erste Schutzabdeckung 51A. Die erste Schutzabdeckung 51A und die zweite Schutzabdeckung 51B besitzen darin ausgebildete Gaslöcher bzw. -öffnungen 511, durch welche das Abgas (das heißt, Messgas) in die Schutzabdeckung 51 zugegeben oder von derselben abgeführt wird. Die Kontaktfedern 3A und 3B, das Gehäuse 5, die Schutzabdeckung 51 und die zylindrische Abdeckung 6 sind jeweils aus einem metallischen Element hergestellt. Die Porzellanisolatoren 41 und 42 sind aus Keramik hergestellt. Die Buchse 7 ist aus Gummi hergestellt.
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Nachstehend werden der Betrieb und die Vorteile des Sensors 1 beschrieben.
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Bei dem Sensor 1 ist, wie bereits beschrieben, der Feder-Biegeabschnitt 33A von jeder der spezifischen Kontaktfedern 3A ausgehend von dem Feder-Halteabschnitt 32A, welcher sich in der axialen Richtung X der zylindrischen Abdeckung 6 erstreckt, nach radial innen gebogen und erstreckt sich in der Kontaktrichtung V senkrecht zu den Vorrichtungsoberflächen 22 der Sensorvorrichtung 2 in einer schrägen Form. Mit anderen Worten, der Feder-Biegeabschnitt 33A erstreckt sich ausgehend von dem Feder-Halteabschnitt 32A mit einem vorgegebenen Winkel zu der Kontaktrichtung V in Richtung hin zu den Vorrichtungsoberflächen 22. Der Feder-Biegeabschnitt 33A ist insbesondere derart angeordnet, dass dieser eine Länge besitzt, die sich im Wesentlichen entlang der tangentialen Linie an den imaginären Kreis C erstreckt, der um die Mitte der zylindrischen Abdeckung 6 in der axialen Richtung X definiert ist.
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Bei der Herstellung des Sensors 1 wird das nach innen Drücken oder Crimpen der zylindrischen Abdeckung 6, so dass diese einen reduzierten Durchmesser besitzt, um ein festes Halten der Buchse 7 und der Anschlussdrähte 35 im Inneren der zylindrischen Abdeckung 6 zu schaffen, dazu führen, dass die Buchse 7 nach innen zusammengedrückt wird, was dadurch zu einer Verformung der Anschlussdrähte 35 führt. Die äußere Kraft F1, welche, wie in 2 dargestellt ist, durch das Crimpen der zylindrischen Abdeckung 6 auftritt, um die Anschlussdrähte 35 zu verformen, bewirkt, dass der Feder-Verbindungsabschnitt 34A in der radialen Richtung der Buchse 7 zumindest teilweise nach innen gebogen wird. Dies bewirkt, dass die zum Biegen des Feder-Verbindungsabschnitts 34A dienende äußere Kraft F1 als die äußere Kraft F2, die dazu dient, um den Feder-Biegeabschnitt 33A in Abhängigkeit der Konfiguration des Feder-Biegeabschnitts 33A zu verdrehen, von dem Feder-Verbindungsabschnitt 34A auf den Feder-Biegeabschnitt 33 wirkt. Danach verbleibt die äußere Kraft F2 als Restspannung in dem Feder-Biegeabschnitt 33A.
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Wenn oder nachdem der Sensor 1 beispielsweise in der Auslassleitung der Verbrennungskraftmaschine eingebaut ist und die Anschlussdrähte 35 hin zu der Außenseite des Sensors 1 gezogen werden, wirkt die äußere Kraft F3, um jeden der Anschlussdrähte 35 zu ziehen, wie in 2 dargestellt ist, als die äußere Kraft F4, um den Feder-Biegeabschnitt 33A über den Feder-Verbindungsabschnitt 34A nach oben zu biegen. Die äußere Kraft F4 wirkt als Biegespannung auf den Feder-Biegeabschnitt 33A. Daher wird, wenn jeder der Anschlussdrähte 35 nach oben gezogen wird, eine Kombination der Torsionsbeanspruchung (ebenso als Torsionsspannung bezeichnet) und der Biegespannung auf den Feder-Biegeabschnitt 33A ausgeübt. Dies verhindert, dass sowohl die äußere Kraft F1, welche durch das Crimpen der zylindrischen Abdeckung 6 hervorgerufen wird, als auch die äußere Kraft F3, welche durch das Ziehen der Anschlussdrähte 35 hervorgerufen wird, als Zugspannung auf den Feder-Biegeabschnitt 33A wirken. Dies resultiert in einem verringerten Risiko, dass die mechanische Festigkeit des Feder-Biegeabschnitts 33A von jeder der spezifischen Kontaktfedern 3A, bei welchem sich die Spannung auf einfache Art und Weise konzentriert, eine Obergrenze davon erreicht, was dadurch ermöglicht, dass die spezifische Kontaktfeder 3A eine erforderliche mechanische Festigkeit besitzt. Dies ermöglicht, dass die Kontaktfedern 3A und 3B aus einem Walzdraht hergestellt werden und hinsichtlich der Größe oder Dicke davon reduziert sind.
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Der Sensor 1 dieser Ausführungsform, wie aus der vorstehenden Diskussion ersichtlich, ist derart konstruiert, dass dieser ein erforderliches Ausmaß einer mechanische Festigkeit der Kontaktfedern 3A und 3B sicherstellt und ermöglicht, dass die Kontaktfedem 3A und 3B hinsichtlich der Größe und Dicke davon reduziert sind.
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Während die vorliegende Erfindung hinsichtlich der bevorzugten Ausführungsform offenbart wurde, um ein besseres Verständnis davon zu erleichtern, sollte erkannt werden, dass die Erfindung verschiedenartig ausgeführt sein kann, ohne von dem Grundgedanken der Erfindung abzuweichen. Daher sollte die Erfindung dahingehend verstanden werden, dass diese sämtliche möglichen Ausführungsformen und Modifikationen zu der gezeigten Ausführungsform umfasst, welche ausgeführt werden können, ohne von dem Grundgedanken der Erfindung, wie in den beigefügten Abbildungen dargelegt, abzuweichen.
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Beispielsweise kann jede der Kontaktfedern 3A und 3B aus einem Stab hergestellt sein, dessen Querschnitt einer polygonalen Gestalt entspricht, wie ein Viereck oder ein Sechseck mit abgerundeten Ecken.