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Die Erfindung betrifft ein elektrisches Verbindungssystem nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art.
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Ein elektrisches Verbindungssystem mit einer Vorrichtung hierfür ist zum Beispiel aus der
WO 01/03249 A1 bekannt.
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Bei der vorbekannten elektrischen Verbindungsvorrichtung können mehrere Kontaktelemente auf sichere Art verbunden werden. Dabei erfolgt ein Flächenkontakt unter Anpressdruck, weshalb auch hohe Stromstärken übertragen werden können.
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Ähnliche elektrische Verbindungsvorrichtungen sind in der
WO 98/09346 A1 und der
WO 97/50152 A1 beschrieben.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein elektrisches Verbindungssystem der eingangs erwähnten Art hinsichtlich seiner Anwendbarkeit, insbesondere einer Serienfertigung und einer Verbindung einer hohen Anzahl von Kontaktelementen auch bei hohen Stromstärken sicher zu stellen.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass in dem Gebergehäuse der Strom- oder Datengebereinrichtung eine drehbare Kontaktwalze angeordnet ist, wobei die Kontaktwalze an ihrer Umfangswand mit Kontaktbrücken zur Verbindung der Eingangskontakte mit den Kontaktelementen versehen ist, und die Kontaktwalze mit den Magneten der Strom- oder Datengebereinrichtung versehen ist, wobei in dem Gebergehäuse wenigstens ein Magnetkörper angeordnet ist, der die Kontaktbrücken der Kontaktwalze durch die an der Kontaktwalze angeordnete Magnete bei fehlender Verbindung mit einer Stromabnahme- oder Datenabnahmeeinrichtung auf Abstand zu den Kontaktelementen hält, und wobei die Polaritäten der Magnete der Strom- oder Datengebereinrichtung und der Magnete der Stromabnahme- oder Datenabnahmeeinrichtung so angeordnet sind, dass bei einer Verbindung der Strom- oder Datengebereinrichtung, mit der Stromabnahme- oder Datenabnahmeeinrichtung durch Abstoßkräfte eine Drehung der Kontaktwalze mit anschließendem magnetischen Kraftschluss durch unterschiedliche Polaritäten der Magnete bei gleichzeitiger Kontaktierung der Eingangskontakte über die Kontaktbrücken mit den Kontaktelementen erfolgt.
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Mit dem erfindungsgemäßen Verbindungssystem können eine hohe Anzahl von Kontaktelementen und Schaltkontaktelementen miteinander verbunden werden, wobei gleichzeitig auch eine Schaltbarkeit gegeben ist. Erfindungsgemäß ist das System insbesondere für die Serienfertigung geeignet, denn die Kontaktelemente und Schaltkontaktelemente können in einer hoher Anzahl nebeneinander jeweils in einem Gehäuse, vergleichbar mit Lettern in der Druckindustrie, angeordnet sein.
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Durch die Kontaktwalze, welche durch die Magnetfelder in der erfindungsgemäßen Weise bewegt wird, erreicht man eine kontaktierende und eine nicht kontaktierende Stellung, wobei ein präziser Schaltvorgang hergestellt wird.
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So ist im Ruhezustand, das heißt in einer Stellung, in der keine Verbindung zwischen den Kontaktelementen in dem Gebergehäuse und den Schaltkontaktelementen mit dem Gebergehäuse vorliegt, die Kontaktwalze durch den Magnetkörper in dem Gebergehäuse angezogen. Als Magnetköper kann hier ein magnetisches oder magnetisierbarer Werkstoff verwendet werden oder auch ein Magnet.
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Erfindungsgemäß sind nun die Polaritäten der Magnete von Strom- oder Datengebereinrichtungen und Stromabnahme- oder Datenabnahmeeinrichtung so zueinander gerichtet, dass bei einem Aufsetzen des Nehmergehäuses auf das Gebergehäuse gleich gerichtete Pole, z. B. Nordpole, sich gegenüberliegen würden. Aufgrund der Abstoßungskräfte vollzieht deshalb die Kontaktwalze, welche frei in dem Gebergehäuse angeordnet ist, eine Drehung um ihre Längsachse derart, dass sich dann ”lagerichtig” Gegenmagnetpole mit entgegengesetzten Polaritäten auf der Stromgeberseite und der Stromnehmerseite gegenüber liegen. Auf diese Weise wird gleichzeitig mit der Kontaktierung der Kontaktelemente mit den Schaltkontaktelementen eine hohe magnetische Verbindungskraft geschaffen. Diese wird sogar noch zusätzlich durch die Abstoßungskräfte unterstützt, wenn der Magnetkörper in dem Gebergehäuse ebenfalls als Magnet ausgebildet ist und dann in dieser Lage der Kontaktwalze die gleiche Polarität wie der ihm zugekehrte Pol des Magneten auf der Kontaktwalze besitzt.
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Je nach Anordnung der Magnete auf der Kontaktwalze lässt sich dabei eine Drehung um 90° oder auch mehr, wie z. B. 180° erreichen. Auf jeden Fall liegt im nicht geschalteten Zustand ein großer Abstand zwischen den Kontaktelementen und den Schaltkontaktelementen vor.
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Ein weiterer sehr bedeutender Vorteil besteht darin, dass die Kontaktierung zwischen den Kontaktelementen der Kontaktwalze und den Schaltkontaktelementen im Gebergehäuse über die Kontaktbrücken aufgrund der Drehbewegung der Kontaktwalze reibend erfolgt. Auf diese Weise werden eventuelle Beläge durch Korrosion oder durch zum Teil unvermeidliche elektrische Lichtbögen bei Übertragung von hohen Stromstärken beseitigt.
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Beim Entfernen des Nehmergehäuses stellt sich das alte Magnetfeld wieder ein, womit die Kontaktwalze sich in ihre Ruheposition zurückdreht, weil sie durch den Magnetkörper in dem Gebergehäuse angezogen und dann sicher in der Ruheposition gehalten wird. Das bedeutet auch bei starken Erschütterungen, wie es z. B. bei einem Einbau in einem Fahrzeug der Fall ist, kann zwar die Kontaktwalze kurzfristig abheben, aber sie kehrt aufgrund der magnetischen Anziehung sofort wieder in ihre Ruhelage zurück, wobei irgendwelche Drehbewegungen, die zu einer Kontaktierung mit den Schaltkontakten führen würden, sicher vermieden werden.
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Je nach Länge der Kontaktwalze lässt sich an deren Umfangsfläche eine Vielzahl von Kontaktbrücken unterbringen und damit eine Vielzahl von Schaltkontakten herstellen.
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In einer vorteilhaften konstruktiven Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass die Kontaktwalzen mit Lagerzapfen versehen ist, die von Längsnuten des Gebergehäuses geführt sind. Grundsätzlich ist aufgrund der Magnete und der dabei auftretenden magnetischen Kräfte keine besondere Führung für die Kontaktwalze erforderlich, aber wenn man die Kontaktwalze durch Lagerzapfen führt, lässt sich die Drehbewegung noch besser steuern bzw. koordinieren. Dies gilt insbesondere dann, wenn die Lagerzapfen zur Längsachse der Kontaktwalze exzentrisch angeordnet sind. Aufgrund der exzentrischen Anordnung kann sichergestellt werden, dass die beim Aufsetzen des Nehmergehäuses auf das Stromgebergehäuse wirkenden magnetische Abstoßkräfte in eine Richtung stärker wirken bzw. aufgrund der Exzentrität die Drehbewegungsrichtung vorgegeben werden kann. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass die Drehbewegung stets in der gleichen Richtung erfolgt.
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Um eine elektrische Verbindung zu erreichen und um hohe Stromstärken übertragen zu können, kann die Kontaktwalze wenigstens im Bereich der Kontakte elastisch ausgebildet sein. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass es zu einem guten Flächenkontakt mit den Kontaktelementen in dem Gebergehäuse und der Schaltkontakte in dem Nehmergehäuse kommt.
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Eine gleiche Wirkung wird erreicht, wenn die Kontaktelemente und/oder die Schaltkontaktelemente jeweils elastisch gelagert sind.
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Wenn man Fehlschaltungen vermeiden möchte bzw. sicherstellen möchte, dass stets nur eine bestimmte Strom- oder Datengebereinrichtung mit der ihr zugeordneten Stromabnahme- oder Datenabnahmeeinrichtung verbunden wird, kann man vorsehen, dass die Magnete mit einer Kodierung derart versehen sind, dass jeder Magnet aus einzelnen Magnetteilen unterschiedlicher Polarität zusammengesetzt ist.
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Eine derartige Kodierung und ihre Wirkungsweise ist z. B. in der
EP 0 573 471 A1 beschrieben. Bei dieser Ausgestaltung wirken die magnetischen Anziehungskräfte und damit eine einwandfreie Kontaktierung nur dann, wenn Magnete mit den entsprechend einander angepassten bzw. zugeordneten Kodierungen eingesetzt werden.
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In einer erfindungsgemäßen Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass die Eingangskontakte und die Kontaktelemente in dem Gebergehäuse in einer Reihe nebeneinander mit dazwischenliegenden auf der Kontaktwalze angeordneten Kontaktbrücken in Längsrichtung des Gebergehäuses angeordnet sind.
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Durch diese Ausgestaltung wird ein Gebergehäuse in einer schlanken und langen Bauart geschaffen. Gleiches gilt selbstverständlich dann auch für das Nehmergehäuse.
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Alternativ dazu kann vorgesehen sein, dass die Eingangskontakte in Umfangsrichtung bzw. Querrichtung versetzt zu den Kontaktelementen in dem Gebergehäuse angeordnet sind, wobei die Kontaktbrücken, zur Verbindung der Eingangskontakte mit den Kontaktelementen in Umfangsrichtung der Kontaktwalze zwischen den Eingangskontakten und den Kontaktelementen verlaufen.
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In diesem Falle wird eine kürzere, jedoch im Durchmesser oder in der Breite bzw. Höhe größere Einheit geschaffen, da in diesem Falle die Kontaktelemente und die Eingangskontakte nicht hintereinander in einer Reihe angeordnet sind, sondern bei einer runden Ausgestaltung in Umfangsrichtung versetzt und bei einer rechteckigen Ausgestaltung quer dazu versetzt angeordnet sind, wobei die Kontaktbrücken entsprechend in Umfangs- bzw. Querrichtung die Kontakte zwischen den Kontaktelementen und den Eingangskontakten herstellen.
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Vorteilhafte weitere Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und aus den nachfolgend anhand der Zeichnung prinzipmäßig beschriebenen Ausführungsbeispiel.
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Es zeigt:
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1 einen Längsschnitt durch das erfindungsgemäße Stromgebergehäuse in Ruhestellung nach der Linie I-I der 2;
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2 einen Querschnitt nach der Linie II-II gemäß 1;
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3 einen Längsschnitt nach der in der III-III gemäß 4 im aktivierten Zustand der Kontaktelemente mit aufgesetzter Stromnehmereinheit;
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4 einen Schnitt nach der Linie IV-IV der 3;
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5 eine Ansicht aus Pfeilrichtung A gemäß 3 auf das Stromgebergehäuse;
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6 einen Längsschnitt durch das Stromgebergehäuse nach der Linie VI-VI gemäß 7;
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7 einen Schnitt nach der Linie VII-VII der 6;
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8 einen vergrößerten Querschnitt durch eine Ausgestaltung der Kontaktwalze; und
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9 eine Prinzipdarstellung auf ein Stromgebergehäuse mit in Querrichtung zueinander versetzten Kontaktelementen und Eingangskontaktelementen.
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Das erfindungsgemäße elektrische Verbindungssystem weist eine Strom- oder Datengebereinrichtung 1 und ein Gebergehäuse 2 auf und eine Stromnehmerabnahme- oder Datenabnahmeeinrichtung 3, welche in den 3 und 4 nur gestrichelt dargestellt ist. Zur Vereinfachung wird nachfolgend nur von einer Stromgebereinrichtung 1 und einer Stromabnahmeeinrichtung 3 gesprochen.
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Das Stromgebergehäuse 2 ist in Form einer länglichen rechteckigen oder auch runden oder ovalen Form ausgebildet. Gleiches gilt für ein Nehmergehäuse 4 der Stromabnahmeeinrichtung 3. Im Inneren des Stromgebergehäuses 2 befinden sich eine Kontaktwalze 5 mit zwei Magneten 6, die zylindrisch ausgebildet sind und im Bereich der Enden der Kontaktwalze 5 in entsprechenden quadratischen oder rechteckigen Erweiterungen 7 eingesetzt sind. Selbstverständlich können die Erweiterungen 7 auch zylindrisch ausgestellt sein. Entlang einer inneren Umfangswand des Stromgebergehäuses 2 sind auf Abstand zueinander eine Vielzahl von Eingangskontakten 8 angeordnet. Jeweils zwischen zwei auf Abstand zueinander liegenden Eingangskontakten 8 sind Kontaktelemente 9 angeordnet, welche sich von der inneren Umfangswand durch entsprechende Bohrungen bis zur Außenseite des Stromgebergehäuses 2 erstrecken.
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Auf der Kontaktwalze 5 befinden sich hintereinander angeordnet eine Vielzahl von Kontaktbrücken 10, dern Anzahl der Eingangskontakte 8 und der dazugehörigen Kontaktelemente 9 entspricht. Die Kontaktbrücken 10 besitzen eine Größe derart, dass sie den Abstand zwischen den Eingangskontakten 8 und den Kontaktelementen 9 überbrücken können.
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Die 1 zeigt die Ruhestellung der Kontaktwalze 5, wobei sich in der Darstellung die Kontaktbrücken 10 in der gewählten Darstellung entlang der Unterseite der Kontaktwalze 5 erstrecken. Die Eingangskontakte 8 und die Kontaktelemente 9 liegen ohne Kontaktierung nebeneinander. Die Kontaktwalze 5 ist in diesem Zustand durch zwei Magnetkörper 11, die sich in einer in der gewählten Darstellung unteren Wand des Stromgebergehäuses 2 befinden, welche rechtwinklig zu der Seite angrenzt, an deren Oberfläche die Kontaktelemente 9 austreten. Selbstverständlich kann anstelle von zwei Magnetkörpern 11, die sich derart in dem Gebergehäuse 2 befinden, dass sie im Bereich der Magnete 6 liegen und diese entsprechend anziehen, auch ein durchgehender sich über die gesamte Wandlänge erstreckender Magnetkörper verwendet werden. Als Magnetkörper kann in einfacher Weise ein magnetisierender bzw. magnetischer Werkstoff verwendet werden. Ebenso ist jedoch für den Rückhalteeffekt bezüglich der Kontaktwalze 5 auch ein Magnet möglich. Zur nachfolgenden Erläuterung der Wirkungsweise sind beispielsweise bei den Magneten 6 jeweils der Nord- und Südpol angegeben. Wie ersichtlich befindet sich der Nordpol auf der von dem Magnetkörper 11 abgewandten Seite.
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Die Eingangskontakte 8 werden über nicht näher dargestellte Zuführungen 12 (s. 6 und 7) in. das Innere des Stromgebergehäuses 2 eingeleitet und zu der Seitenwand geführt, in der sich die Kontaktelemente 9 befinden.
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Aus der 3 und der 4 ist die Lage der Kontaktwalze 5 ersichtlich, die diese einnimmt, wenn die Stromabnahmeeinrichtung 3 mit dem Nehmergehäuse 4 derart auf das Stromgebergehäuse 2 aufgesetzt wird, dass Schaltkontakte 13 in dem Nehmergehäuse 4 mit den Kontaktelementen 9 fluchten. In dem Nehmergehäuse 4 sind ebenfalls zwei Magnete 14 angeordnet, deren Lage so gewählt ist, dass sie beim Aufsetzen der Stromabnahmeeinrichtung 3 den Magneten 6 gegenüberliegen. Wie aus den 1 und 2 ersichtlich ist, nähern sich jedoch beim Aufsetzen der Stromabnahmeeinrichtung 3 die beiden Nordpole N der Magnete 6 den Nordpolen N der Magnete 14 an. Aufgrund der magnetischen Abstoßungskräfte und der Anziehungskräfte dreht sich jedoch die Kontaktwalze 5 in Pfeilrichtung B gemäß 2 entsprechend so, dass die beiden Südpole S der Magnete 6 der Kontaktwalze 5 den Nordpol der Magnete 14 gegenüberliegend geraten. Wie ersichtlich wird dabei gleichzeitig die Schaltwalze 5 aus ihrer Ruheposition angehoben, womit die Kontaktbrücken 10 der Kontaktwalze 5 die Kontaktelemente 9 kontaktieren. Aufgrund ihrer Erstreckung bzw. Größe kontaktieren sie gleichzeitig auch die Eingangskontakte 8, womit eine Stromverbindung von den Zuführungen 12 über die Eingangskontakte 8, die Kontaktbrücken 10 und die Kontaktelemente 9 auf die Schaltkontakte 13 der Stromabnahmeeinrichtung 3 erfolgt. Von den Schaltkontakten 13 führen nicht näher dargestellte Verbindungsleitungen zu einem Stromabnehmer bzw. Verbraucher.
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Wird die Stromabnahmeinrichtung 3 von der Stromgebereinrichtung 1 abgenommen, so fehlt die magnetische Anziehungskraft zwischen den Magneten 6 und 14. In diesem Falle wirkt die Magnetkraft der Magnetkörper 11 auf die beiden Magnete 6 und die Kontaktwalze 5 fällt wieder bei gleichzeitiger Rückdrehung um 90° in die in den 1 und 2 dargestellte Position ab.
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Um eine eindeutige Drehbewegung der Kontaktwalze 5 in die dargestellte Pfeilrichtung zu erreichen, kann die Kontaktwalze 5 an ihren beiden Enden mit Lagerzapfen 15 versehen sein, welche in Längsnuten 16 an den Enden der Stromgebereinrichtung 1 geführt sind. Wie aus der 1 ersichtlich ist, sind die Lagerzapfen 15 exzentrisch zur Längsachse der Kontaktwalze 5 angeordnet. Dies bedeutet, beim Aufsetzen der Stromabnahmeeinrichtung 3 wird eine definierte Verdrehung der Kontaktwalze 5 nur in der in Pfeilrichtung B liegenden Richtung erreicht.
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Aus der 4 ist ersichtlich, wie die Eingangskontakte 8, die auf einer Innenwand der Stromgebereinrichtung 1 angeordnet sind, jeweils zwischen den Kontaktelementen 9 liegen, die sich bis zur Außenseite der Stromgebereinheit 1 erstrecken. Dabei ist aus 3 ersichtlich, wie bei angehobener Position der Kontaktwalze 5 verbunden mit einer 90°-Drehung (s. 4) die Kontaktbrücken 10 die elektrische Verbindung zwischen den Eingangskontakten 8 und den Kontaktelementen 9 herstellen.
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Aus den 6 und 7 ist die Lager der Eingangskontakte 8 in der Stromgebereinrichtung 1 ersichtlich.
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Um eine bessere Kontaktierung zu erreichen, kann die Kontaktwalze 5 wenigstens in dem Bereich, in welchem die Kontaktbrücken 10 angeordnet sind, elastisch ausgebildet sein. Dies ist in der 8 im Querschnitt durch eine elastische Kunststoffauflage dargestellt.
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Aus der 5 ist ersichtlich, wie die Eingangskontakte 8 und die Kontaktelemente 9 hintereinander in Reihe abwechselnd in einer Längswand dem Stromgebergehäuse 2 angeordnet sind.
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Die 9 zeigt eine Darstellung, bei der die Eingangskontakte 8 in Querrichtung versetzt zu den Kontaktelementen 9 angeordnet sind. In diesem Falle überbrücken die Kontaktbrücken 10 nicht den Abstand zwischen den Kontaktelementen 9 und den Eingangskontakten 8 entlang einer Mantellinie bzw. der Längsrichtung in Stromgebereinrichtung 2, sondern quer dazu bzw. sie verlaufen in Umfangsrichtung der Kontaktwalze 5. Wie ersichtlich ergibt sich auf diese Weise eine deutlich geringere Gesamtlänge bei gleicher Kontaktzahl für die Stromgebereinrichtung 1. Allerdings erhöht sich auf diese Weise etwas die Breite bzw. der Durchmesser der Kontaktwalze 5 und des Stromgebergehäuses 2.
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Wie ersichtlich weist die Kontaktwalze 5 im Bereich zwischen den beiden Endbereichen 7 mit den Magneten 6 einen geringeren Durchmesser auf, damit genügend Platz für die Anordnung und Einbringung der Eingangskontakte 8 und der Kontaktelemente 9 in der Wandung der Stromgebereinrichtung 2 vorhanden ist. Andererseits soll ja die Wandstärke der Stromgebereinrichtung im Bereich der Magnete 6 und 14 möglichst gering sein, damit eine möglichst hohe magnetische Haftkraft erreicht wird. Dies wird durch die Ausgestaltung der Kontaktwalze 5 mit einer Durchmesserform nach Art eines ”Hundeknochens” erreicht.
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Selbstverständlich ist im Rahmen der Erfindung auch die umgekehrte Ausgestaltung möglich, und zwar durch Ausgestaltung des Stromgebergehäuses 2 mit unterschiedlichen Durchmessern bzw. Dicken dergestalt, dass für die Kontaktelemente 9 in der Wandung der Stromgebereinrichtung mehr Platz zur Verfügung ist als im Bereich der Magnete 6 und 14. Ein größerer Durchmesser der Kontaktwalze 5 hätte den Vorteil, dass damit die Reinigungswirkung der Kontaktelemente aufgrund der Reibwirkung bei Kontaktierung noch besser wäre.
