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Die Erfindung betrifft eine elektrische Anschlussvorrichtung, eine Aktoreinheit und ein Einspritzventil.
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Immer strengere gesetzliche Vorschriften bezüglich der zulässigen Schadstoffemission von Brennkraftmaschinen, die in Kraftfahrzeugen angeordnet sind, machen es erforderlich, diverse Maßnahmen vorzunehmen, durch welche die Schadstoffemissionen gesenkt werden. Ein Ansatzpunkt dabei ist, die von der Brennkraftmaschine erzeugten Schadstoffemissionen zu senken.
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Eine Reduzierung der Schadstoffemission kann erreicht werden, wenn der Kraftstoff unter hohem Druck zugemessen wird. Im Falle von Diesel-Brennkraftmaschinen betragen die Kraftstoffdrücke bis zu 2000 Bar. Derartige Drücke stellen hohe Anforderungen an ein Einspritzventil und insbesondere an eine Aktoreinheit für das Einspritzventil, die starken mechanischen Belastungen ausgesetzt sein kann. Mechanische und elektrische Verbindungen einer elektrischen Anschlussvorrichtung der Aktoreinheit müssen deshalb stabil ausgebildet sein.
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Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine elektrische Anschlussvorrichtung, eine Aktoreinheit und ein Einspritzventil zu schaffen, die bzw. das einen zuverlässigen und präzisen Betrieb des Einspritzventils ermöglicht.
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Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
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Gemäß einem ersten Aspekt zeichnet sich die Erfindung aus durch eine elektrische Anschlussvorrichtung für eine Aktoreinheit eines Einspritzventils, mit einem Grundkörper mit einer Längsachse, und einem elektrischen Kopplungselement. Das elektrische Kopplungselement ist in dem Grundkörper angeordnet und mit diesem gekoppelt. Das elektrische Kopplungselement weist einen Kontaktabschnitt auf. Die elektrische Anschlussvorrichtung hat weiter mindestens einen sich in axialer Richtung erstreckenden Anschlussstift, der teilweise in dem Grundkörper angeordnet ist, zur elektrischen Kopplung mit der Aktoreinheit ausgebildet ist und mit dem Kontaktabschnitt elektrisch gekoppelt ist. Der Kontaktabschnitt umfasst ein Federelement, wobei der Kontaktabschnitt und der Grundkörper relativ zueinander axial bewegbar sind und/oder zwischen dem Kontaktabschnitt und dem Anschlussstift ist ein Federelement angeordnet, derart, dass der Kontaktabschnitt und der Anschlussstift relativ zueinander axial bewegbar sind. Der Vorteil dieser Anordnung ist, dass bei einer axialen Bewegung der elektrischen Anschlussvorrichtung ein vollständiger oder zeitweiliger Verlust des Kontakts zwischen dem elektrischen Kopplungselement und dem Anschlussstift vermieden werden kann. Außerdem ist eine hohe mechanische Flexibilität der elektrischen Anschlussvorrichtung möglich.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist das elektrische Kopplungselement eine axial durchgehende Ausnehmung auf. Der Anschlussstift ist teilweise in der Ausnehmung angeordnet und im Bereich der Ausnehmung mit dem elektrischen Kopplungselement elektrisch gekoppelt. Dies hat den Vorteil, dass der Anschlussstift und/oder der Kontaktabschnitt des elektrischen Kopplungselements sich gegenüber dem Grundkörper in axialer Richtung bewegen können.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist der Grundkörper eine Tasche auf. Der Kontaktabschnitt ist in der Tasche angeordnet, derart, dass der Kontaktabschnitt gegenüber dem Grundkörper in axialer Richtung bewegbar ist. Damit kann sich der Kontaktabschnitt des elektrischen Kopplungselements gegenüber dem Grundkörper in axialer Richtung bewegen.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist das Federelement mit dem Kontaktabschnitt und dem Anschlussstift elektrisch gekoppelt. Das Federelement ist ausgebildet für einen Gleitkontakt zwischen dem Kontaktabschnitt und dem Anschlussstift. Dies hat den Vorteil, dass ein sicherer elektrischer Kontakt des Anschlussstifts mit dem elektrischen Kopplungselement bei gleichzeitig hoher mechanischer Flexibilität möglich ist.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist das Federelement ringförmig ausgebildet mit einer Innenausnehmung. Der Anschlussstift ist teilweise in der Innenausnehmung angeordnet und liegt an dem Federelement an. Dies hat den Vorteil, dass ein sicherer mechanischer und elektrischer Kontakt zwischen dem elektrischem Kopplungselement und dem Anschlussstift möglich ist.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist das Federelement mindestens eine Federzunge auf. Die mindestens eine Federzunge ist ausgebildet zum Ausüben einer Federkraft auf den Kontaktabschnitt und/oder den Anschlussstift. Damit ist ein sicherer mechanischer und elektrischer Kontakt zwischen dem elektrischem Kopplungselement und dem Anschlussstift möglich.
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Gemäß einem zweiten Aspekt zeichnet sich die Erfindung aus durch eine elektrische Anschlussvorrichtung für eine Aktoreinheit eines Einspritzventils, mit einem Grundkörper mit einer Längsachse, einem elektrischen Kopplungselement, das in dem Grundkörper angeordnet und fest mit diesem gekoppelt ist, wobei das elektrische Kopplungselement einen Kontaktabschnitt aufweist, und mindestens einem elektrischen Leitungselement, das ausgebildet ist zur elektrischen Kopplung mit einer Spannungsquelle und mit dem Kontaktabschnitt mechanisch und elektrisch gekoppelt ist. Das elektrische Leitungselement ist als Federelement ausgebildet, und die mechanische und elektrische Kopplung zwischen dem elektrischen Leitungselement und dem Kontaktabschnitt ist ausgebildet durch eine in dem elektrischen Leitungselement ausgebildete, in axialer Richtung wirkende mechanische Vorspannung. Dies hat den Vorteil, dass bei einer axialen Bewegung der elektrischen Anschlussvorrichtung und damit des elektrischen Kontaktabschnitts das elektrische Leitungselement der Bewegung des elektrischen Kontaktabschnitts folgen kann. Somit kann ein zeitweiliger oder dauernder Verlust des Kontakts zwischen dem elektrischen Kopplungselement und dem elektrischen Leitungselement vermieden werden.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung gemäß dem zweiten Aspekt ist der Kontaktabschnitt an einem axialen Ende des Grundkörpers angeordnet. Das elektrische Leitungselement liegt unter Ausbildung eines Gleitkontakts an dem Kontaktabschnitt an. Dies hat den Vorteil, dass eine gute Bewegungsfreiheit des elektrischen Leitungselements in axialer Richtung bei sicherem Kontakt mit dem Kopplungselement möglich ist.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung gemäß dem zweiten Aspekt ist der Kontaktabschnitt an einem axialen Ende des Grundkörpers angeordnet. Das elektrische Leitungselement ist mittels einer Laserschweißverbindung mit dem Kontaktabschnitt gekoppelt. Dies hat den Vorteil, dass Verspannungen zwischen dem elektrischen Leitungselement und dem Kontaktabschnitt vermieden werden können.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung gemäß dem zweiten Aspekt ist das elektrische Leitungselement wellenförmig ausgebildet. Damit ist ein sicheres Ausweichen des elektrischen Leitungselements in axialer Richtung möglich.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist ein Halteabschnitt des elektrischen Kopplungselements formschlüssig in dem Grundkörper angeordnet. Damit kann das elektrische Kopplungselement fest in dem Grundkörper angeordnet sein.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist der Grundkörper Haltenasen auf, mittels denen der Halteabschnitt fest mit dem Grundkörper gekoppelt ist. Damit kann das elektrische Kopplungselement fest in dem Grundkörper angeordnet sein.
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Gemäß einem dritten Aspekt zeichnet sich die Erfindung aus durch eine Aktoreinheit eines Einspritzventils mit einer elektrischen Anschlussvorrichtung gemäß dem ersten oder zweiten Aspekt der Erfindung. Die elektrische Anschlussvorrichtung ist ausgebildet zur elektrischen Kopplung der Aktoreinheit mit einer Spannungsquelle.
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Gemäß einem vierten Aspekt zeichnet sich die Erfindung aus durch ein Einspritzventil mit einer Düsenbaugruppe und einer Aktoreinheit gemäß dem dritten Aspekt. Die Aktoreinheit ist zum Einwirken auf die Düsenbaugruppe ausgebildet.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im Folgenden anhand der schematischen Zeichnungen näher erläutert.
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Es zeigen:
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1 ein Einspritzventil im Längsschnitt,
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2 eine vergrößerte Darstellung eines Ausschnitts einer Aktoreinheit des Einspritzventils,
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3 Details einer vergrößerten Darstellung einer elektrischen Anschlussvorrichtung,
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4 Details einer weiteren vergrößerten Darstellung der elektrischen Anschlussvorrichtung,
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5 Details einer weiteren vergrößerten Darstellung der elektrischen Anschlussvorrichtung,
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6 Details einer weiteren vergrößerten Darstellung der elektrischen Anschlussvorrichtung, und
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7 Details einer weiteren vergrößerten Darstellung der elektrischen Anschlussvorrichtung.
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Elemente gleicher Konstruktion oder Funktion sind figurenübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt ein Einspritzventil 10 mit einer Aktoreinheit 14 und einer Düsenbaugruppe 15. Das Einspritzventil 10 wird vorzugsweise genutzt zum Einsatz als Kraftstoffeinspritzventil für eine Brennkraftmaschine eines Fahrzeugs. Die Aktoreinheit 14 hat einen Gehäusekörper 12 mit einer Gehäusekörperausnehmung 13, in der ein Piezoaktuator 16 angeordnet ist. Der Piezoaktuator 16 kann seine Länge in axialer Richtung abhängig von einem Steuersignal ändern, das an den Piezoaktuator 16 angelegt wird. Der Piezoaktuator 16 hat an seinem der Düsenbaugruppe 15 abgewandten Ende eine Kopfplatte 18.
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Die Düsenbaugruppe 15 umfasst einen Düsenkörper 20, eine Düsennadel 22 und eine Düsenkörperausnehmung 24. Die Düsenkörperausnehmung 24 erstreckt sich in dem Düsenkörper 20. Die Düsennadel 22 ist in der Düsenkörperausnehmung 24 angeordnet. Die Düsennadel 22 ist durch den Piezoaktuator 16 ansteuerbar. Das Einspritzventil 10 umfasst einen Fluideintritt 26, der in dem Gehäusekörper 12 angeordnet ist und der hydraulisch mit der Düsenkörperausnehmung 24 und mit einer Kraftstoffhochdruckkammer einer Brennkraftmaschine gekoppelt ist. An einem freien Ende der Düsenkörperausnehmung 24 ist ein Fluidaustritt 28 mit einer Einspritzöffnung 29 ausgebildet. Zwischen dem Düsenkörper 20 und der Düsennadel 22 ist eine Feder 30 angeordnet. Das Einspritzventil 10 ist ein nach außen öffnendes Ventil. In einer alternativen Ausführungsform kann das Einspritzventil 10 auch nach innen öffnend ausgebildet sein.
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2 zeigt Details der Aktoreinheit 14. In der Gehäusekörperausnehmung 13 ist ein thermischer Kompensator 40 angeordnet. Der Piezoaktuator 16 hat an seinem der Düsenbaugruppe 15 abgewandten Ende eine elektrische Anschlussvorrichtung 42. Die elektrische Anschlussvorrichtung 42 ist in der Gehäusekörperausnehmung 13 angeordnet. Die elektrische Anschlussvorrichtung 42 umfasst einen Anschlussstift 44 für die Zufuhr von elektrischer Energie zu dem Piezoaktuator 16. Der Piezoaktuator 16 ändert seine Länge in axialer Richtung, wenn an ihn eine elektrische Spannung angelegt wird. Durch die Änderung der Länge des Piezoaktuators 16 kann eine Kraft auf die Düsennadel 22 ausgeübt werden. Über die von dem Piezoaktuator 16 ausgeübte Kraft kann sich die Düsennadel 22 in axialer Richtung bewegen, um so einen Fluidstrom durch die Einspritzöffnung 29 zu ermöglichen oder zu verhindern. Die Aktoreinheit 14 hat einen mit der Kopfplatte 18 gekoppelten Stift 46, der eine mechanische Kopplung des Piezoaktuators 16 mit dem thermischen Kompensator 40 ermöglicht. Die Aktoreinheit 14 hat einen Anschlussstecker mit einem elektrischen Leitungselement 48, über den eine Spannung an den Anschlussstift 44 des Piezoaktuators 16 angelegt werden kann. Die elektrische Anschlussvorrichtung 42 umfasst weiter einen Grundkörper 50 mit einer Längsachse A, der mindestens eine durchgehende Ausnehmung 52 aufweist (4). Der Grundkörper 50 ist vorzugsweise als Ring ausgebildet. Der Anschlussstift 44 ist teilweise in der Ausnehmung 52 angeordnet.
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Wie in den 2 bis 7 dargestellt, ist in dem Grundkörper 50 ein elektrisches Kopplungselement 54 angeordnet und mit dem Grundkörper 50 mechanisch gekoppelt. Das elektrische Kopplungselement 54 hat einen Kontaktabschnitt 56, einen weiteren Kontaktabschnitt 56a und einen Halteabschnitt 58.
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In dem Kontaktabschnitt 56 des elektrischen Kopplungselements 54 ist in axialer Richtung eine Ausnehmung 60 angeordnet, in welcher der Anschlussstift 44 angeordnet ist. Im Bereich der Ausnehmung 60 ist der Anschlussstift 44 mit dem Kontaktabschnitt 56 elektrisch gekoppelt. Vorzugsweise ist der Anschlussstift 44 mittels einer Schweißnaht 61 mit dem elektrischen Kopplungselement 54 gekoppelt (4 und 5).
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Der Grundkörper 50 hat Haltenasen 62, mittels derer der Halteabschnitt 58 des elektrischen Kopplungselements 54 formschlüssig mit dem Grundkörper 50 gekoppelt ist.
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In einer bevorzugten Ausführungsform hat der Grundkörper 50 eine Tasche 64 (4 und 5), in welcher der Kontaktabschnitt 56 angeordnet ist. Die Tasche 64 erstreckt sich bis zu einem Ende des als Federelement ausgebildeten elektrischen Kopplungselements 54, so dass der Kontaktabschnitt 56 in der Tasche 64 in axialer Richtung schwingen kann. Ist der Anschlussstift 44 des Piezoaktuators 16 fest mit dem Kontaktabschnitt 56 des elektrischen Kopplungselements 54 gekoppelt, so ermöglicht die Tasche 64 eine axiale Bewegung des Anschlussstifts 44 und des elektrischen Kopplungselements 54 gegenüber dem Grundkörper 50.
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In den in den 6 und 7 gezeigten Ausführungsformen ist zwischen dem Kontaktabschnitt 56 und dem Abschlussstift 44 ein Federelement 70 angeordnet. Das Federelement 70 liegt auf dem Kontaktabschnitt 56 auf. Das Federelement 70 hat eine ringförmige Struktur mit einer Innenausnehmung 72. Der Anschlussstift 44 ist in der Innenausnehmung 72 angeordnet. Das Federelement 70 hat mehrere Federzungen 74. Über die Federzunge 44 wird eine Federkraft auf den Anschlussstift 44 ausgeübt, so dass dieser an dem Federelement 70 anliegt. Mittels des Federelements 70 kann ein Gleitkontakt zwischen dem Kontaktabschnitt 56 und dem Anschlussstift 44 hergestellt werden, der eine sichere elektrische Kopplung zwischen dem Kontaktabschnitt 56 und dem Anschlussstift 44 ermöglicht.
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Mittels des gegenüber dem Grundkörper 50 und oder dem Anschlussstift 44 in axialer Richtung beweglichen Kontaktabschnitts 56 können bei einer axialen Bewegung der Anschlussvorrichtung 42 mechanische Spannungen zwischen dem Anschlussstift 44 und dem Kopplungselement 54 vermieden und gleichwohl ein elektrischer Kontakt zwischen dem Kopplungselement 54 und dem Anschlussstift 44 sichergestellt werden.
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Wie insbesondere in den 3 bis 6 zu sehen ist, ist der weitere Kontaktabschnitt 56a des elektrischen Kopplungselements 54 an einem axialen Ende des Grundkörpers 50 angeordnet, so dass dieser eine frei zugängliche Kontaktfläche an dem axialen Ende des Grundkörpers 50 bildet. Das elektrische Leitungselement 48 ist bevorzugt wellenförmig ausgebildet (4 bis 6), wodurch das elektrische Leitungselement 48 besonders gut in axialer Richtung vorgespannt sein kann, und unter Ausbildung eines Gleitkontakts an dem weiteren Kontaktabschnitt 56a anliegen kann. Eine derartige Vorspannung des elektrischen Leitungselements 48 kann entweder durch eine entsprechende Formung des Leitungselements 48 oder über einen hier nicht dargestellten Niederhalter realisiert werden. Die Vorspannkraft ist vorzugsweise größer als die dynamischen Kräfte des ringförmigen Grundkörpers 50, um so ein Abheben des Leitungselements 48 von dem Grundkörper 50 zu vermeiden und damit einen kontinuierlichen Stromfluss zwischen dem Leitungselement 48 und dem Kopplungselement 54 zu ermöglichen.
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In der in 3 gezeigten Ausführungsform ist das elektrische Leitungselement 48 mittels einer Laserschweißverbindung 76 mit dem elektrischen Kopplungselement 54 verbunden. Mittels dieser Verbindung kann einem unbeabsichtigten Lösen der Kopplung zwischen dem elektrischen Leitungselement 48 und dem elektrischen Kopplungselement 54 vorgebeugt werden.
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Durch die in dem Leitungselement 48 ausgebildete, in axialer Richtung wirkende mechanische Vorspannung kann bei einer axialen Bewegung der elektrischen Anschlussvorrichtung 42 das Leitungselement 48 der Bewegung des elektrischen Kontaktabschnitts 56a gut folgen. Somit kann ein zeitweiliger oder dauernder Verlust des Kontakts zwischen dem Kopplungselement 54 und dem Leitungselement 48 vermieden werden. Besonders vorteilhaft ist, wenn die dem elektrischen Kopplungselement 54 zugewandte Seite des elektrischen Leitungselements 48 aufgeraut ist. Damit ist auch im Fall einer kleinen Druckkraft zwischen dem Kopplungselement 54 und dem Leitungselement 48 eine sichere Stromführung ermöglicht.
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Das Einspritzventil 10 funktioniert in folgender Weise: Der Kraftstoff wird von dem Fluideintritt 26 durch den Gehäusekörper 12 zu dem Fluidaustritt 28 geführt. In einer Schließposition der Düsennadel 22 verhindert diese einen Fluidstrom durch den Fluidaustritt 28. Durch Anlegen einer Spannung an den Piezoaktuator 16 kann dieser seine Länge ändern und eine Kraft auf die Düsennadel 22 ausgeübt werden. Die Düsennadel 22 kann damit in axialer Richtung aus ihrer Schließposition bewegt werden. Außerhalb der Schließposition der Düsennadel 22 ermöglicht die Düsennadel 22 einen Fluidstrom durch die Einspritzöffnung 29. Die Feder 30 kann die Düsennadel 22 in Richtung auf den Piezoaktuator 16 mit Kraft beaufschlagen. Liegt keine Spannung an dem Piezoaktuator 16 an, so ist die Länge des Piezoaktuators 16 reduziert. Die Feder 30 zwingt die Düsennadel 22 zu einer Bewegung in axialer Richtung in ihre Schließposition. Abhängig von dem Kräftegleichgewicht zwischen der durch die Feder 30 auf die Düsennadel 22 ausgeübten Kraft und der durch den Piezoaktuator 16 auf die Düsennadel 22 ausgeübten Kraft ist die Düsennadel 22 in einer Schließposition oder in einer Öffnungsposition.
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Beim Öffnen und Schließen des Einspritzventils 10 kann die Aktoreinheit 14 starken mechanischen Belastungen ausgesetzt sein. Durch die beschriebene Anschlussvorrichtung 42 kann eine große Zuverlässigkeit der mechanischen und elektrischen Verbindungen der Aktoreinheit 14 und insbesondere der elektrischen Anschlussvorrichtung 42 erreicht werden.
