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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Aufnahme mindestens eines elektrischen Leiters sowie ein Verfahren zur elektrischen und mechanischen Kontaktierung mindestens eines elektrischen Leiters.
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Lötfreie elektrische Verbindungen werden unter anderem als so genannte Crimp-Verbindungen ausgeführt. Zur Herstellung einer solchen Crimp-Verbindung wird mittels Umformen ein abisoliertes Leitungsende (Leiter) einer elektrischen Leitung mit einer Crimp-Hülse formschlüssig verbunden. Zum Beurteilen einer Verarbeitungsqualität hinsichtlich einer Güte einer elektrischen sowie einer mechanischen Verbindung ist es üblich, einen Kraft-Weg-Verlauf während der Herstellung der Crimp-Verbindung zu messen und mit einem verifizierten Sollverlauf zu vergleichen.
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Eine Verarbeitungsqualität wird hierbei einerseits hinsichtlich einer Höhe von so genannten Leiterabzugskräften beurteilt, wobei eine Leiterabzugskraft die Kraft bezeichnet, die notwendig ist, um bei einer bereits hergestellten Crimp-Verbindung das abisolierte Leitungsende aus der bereits verformten Crimp-Hülse zu entfernen. Neben dem gemessenen Wert für eine einzelne Verbindng kann auch eine Streuung von Leiterabzugskräften für mehrere Crimp-Verbindungen statistisch ausgewertet werden.
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Andererseits wird eine hergestellte Crimp-Verbindung hinsichtlich eines so genannten Crimp-Übergangswiderstandes beurteilt. Der Crimp-Übergangswiderstand bezeichnet einen elektrischen Widerstand der hergestellten Crimp-Verbindung.
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Sowohl ein Crimp-Übergangswiderstand als auch die Leiterabzugskraft und deren jeweiligen Streuungen werden in starkem Maße durch eine einstellbare Crimphöhe beeinflusst. Die Crimphöhe bezeichnet hierbei einen Abstand von einer Unterseite bis zu einer Oberseite der verformten Crimp-Hülse.
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Die Crimphöhe ist herbei umgekehrt proportional zu einer so genannten Kompaktierungsrate, d. h. je höher die Kompaktierungsrate, desto niedriger die Crimphöhe. Es ist bekannt, dass bei einer hohen Kompaktierungsrate, also einer niedrigen Crimphöhe, die Crimp-Verbindung einen geringen Crimp-Übergangswiderstand aufweist. Allerdings weist eine solche Crimp-Verbindung nur eine geringe und somit nicht optimale Leiterabzugskraft auf. Umgekehrt ist bei einer niedrigen Kompaktierungsrate, also einer größeren Crimphöhe, ein Crimp-Übergangswiderstand hoch, während eine Leiterabzugskraft ebenfalls hoch ist.
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Kontakte für dünne Leitungsquerschnitte werden aus Gründen der Wirtschaftlichkeit auf absehbare Zeit nur noch mittels bereits existierender Stanzwerkzeuge herstellbar sein. Durch leichte Modifikationen können existierende Crimpanschlüsse entsprechend passend für dünne Leiterquerschnitte angefertigt werden. Mit diesen Werkzeugen sind allerdings gleichzeitig Materialdicken des äußeren Crimpanschlusses vorgegeben, so dass eine Ausgewogenheit von Kraftanteilen bezüglich Kräften für das Umformen der Crimpflanken und für das Verpressen der Leitungslitzen bei dünnen Leitungen nicht erreicht werden können.
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Die
US 2010/0120288 A1 offenbart eine Kabelzusammensetzung, die einen Leiter und ein mit dem Leiter vercrimptes Anschlussstück umfasst. Hierbei weist das Anschlussstück eine Mehrzahl von Crimps auf, die voneinander beabstandet angeordnet sind und wobei ein Übergangscrimp zwischen der Mehrzahl von Crimps angeordnet ist.
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Die
EP 0 918 368 B1 offenbart ein Anschlussorgan für elektrische Leitungen, das in einem Querschnitt U-förmigen Anschlussbereich für die Leitung mit mindestens einem Paar von einander gegenüberliegenden Crimpschenkeln ausgebildet ist. Hierbei ist aus der Wandung eines jeden Crimpschenkels mindestens ein Haltelappen so herausgerissen und nach innen in Richtung auf den gegenüberliegenden Schenkel gebogen, dass zwei einander gegenüberliegende Haltelappen eines Crimpschenkelpaares mit ihrem freien Ende aufeinander zugerichtet sind.
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Es stellt sich das technische Problem, eine Vorrichtung zur Aufnahme mindestens eines elektrischen Leiters sowie ein Verfahren zur elektrischen und mechanischen Kontaktierung eines elektrischen Leiters zu schaffen, welche eine möglichst hohe Leiterabzugskraft bei einem niedrigen Crimpübergangswiderstand ermöglicht, wobei die Vorrichtung in einfacher Art und Weise herstellbar ist.
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Vorgeschlagen wird eine Vorrichtung zur Aufnahme mindestens einer elektrischen Leitung, insbesondere zur Aufnahme eines abisolierten Endes eines elektrischen Leitung, z. B. eines abisolierten Endes eines Kabels.
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Insbesondere kann die Vorrichtung auch als Leitungsanschluss oder Crimphülse bezeichnet werden. Die Vorrichtung dient zur mechanischen und elektrischen Kontaktierung des elektrischen Leiters, insbesondere einer so genannten Kabellitze.
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Ein Aufnahmeende der Vorrichtung ist U-profilförmig ausgebildet, wobei das U-Profil einen Bodenabschnitt, einen ersten Schenkelabschnitt und einen zweiten Schenkelabschnitt aufweist. Zur Aufnahme des mindestens einen elektrischen Leiters wird dieser auf den Bodenabschnitt und zwischen den ersten und den zweiten Schenkelabschnitt eingelegt. Hiernach wird der erste und der zweite Schenkelabschnitt derart verformt, dass der mindestens eine elektrische Leiter mit dem Aufnahmeende verpresst wird.
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Im unverpressten Zustand schließen der Bodenabschnitt, der erste und der zweite Schenkelabschnitt ein zu einer Seite hin geöffnetes Aufnahmevolumen ein.
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Der erste und der zweite Schenkelabschnitt können hierbei senkrecht zu dem Bodenabschnitt orientiert sein, also einen rechten Winkel mit diesem einschließen. Allerdings ist auch vorstellbar, dass der erste und der zweite Schenkelabschnitt einen stumpfen Winkel mit dem Bodenabschnitt einschließen. In diesem Fall ergibt sich ein trapezförmiges Profil, wobei eine Grundseite des Trapezes geöffnet ist.
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Erfindungsgemäß weist eine Oberkante des ersten Schenkelabschnitts und eine Oberkante des zweiten Schenkelabschnitts in Längsrichtung des Aufnahmeendes einen wellenförmigen Verlauf auf. Die Oberkante des ersten Schenkelabschnitts bezeichnet hierbei eine einer Verbindungskante des ersten Schenkelabschnitts mit dem Bodenabschnitt gegenüberliegende Kante.
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Der wellenförmige Verlauf kann alternierend Wellenberge und Wellentäler aufweisen, wobei Wellenberge auch als Crimpzungen und Wellentäler auch als Crimpausnehmungen bezeichnet werden können. Hierbei können Crimpzungen des ersten und des zweiten Schenkelabschnitts paarweise gegenüberliegend angeordnet sein. Ebenso können Crimpausnehmungen des ersten und des zweiten Schenkelabschnitts paarweise gegenüberliegend angeordnet sein. Crimpzungen und Crimpausnehmungen sind hierbei relativ zu einer Mittellinie des wellenförmigen Verlaufes definiert.
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Der wellenförmige Verlauf kann hierbei eine feste, vorbestimmte Wellenlänge aufweisen. Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise eine einfache Herstellbarkeit der erfindungsgemäßen Vorrichtung, da keine komplizierten Stanzwerkzeuge zur Herstellung benötigt werden. Z. B. kann der wellenförmige Verlauf mathematisch als Sinusfunktion mit einer einzigen Periode beschrieben werden.
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Durch den beschriebenen wellenförmigen Verlauf der Oberkante des ersten und des zweiten Schenkelabschnitts ergibt sich in vorteilhafter Weise, dass mittels der vorgeschlagenen Vorrichtung eine Crimpverbindung mit einer hohen Leiterabzugskraft und einem niedrigen Crimpübergangswiderstand bei gleichzeitig einfacher Herstellbarkeit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ermöglicht wird. Bei entlang der Längsrichtung des Aufnahmeendes gleicher Crimphöhe führen die Crimpzungen (Wellenberge) zu einer größeren Verpressung des in das Aufnahmevolumen eingelegten elektrischen Leiters. Hierdurch ergibt sich ein guter, insbesondere niedriger resultierender Crimpübergangswiderstand in Bereichen der (verformten) Crimpzungen. In Bereichen der (verformten) Crimpausnehmungen (Wellentäler) erfolgt, bei gleicher Crimphöhe, eine geringere Verpressung des elektrischen Leiters. Hierdurch kann eine vergleichsweise hohe resultierende Leiterabzugskraft erzielt werden. Somit ergibt sich im verpressten Zustand in vorteilhafter Weise eine Aufteilung von Bereichen mit niedrigen Crimpübergangswiderständen und Bereichen mit hohen Leiterabzugskräften entlang der Längsrichtung des Aufnahmeendes.
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In einer weiteren Ausführungsform weist der wellenförmige Verlauf eine feste Wellenlänge auf. Hierbei kann der wellenförmige Verlauf eine einzige feste Wellenlänge aufweisen. Hierdurch wird in vorteilhafter Weise eine einfache Herstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung, insbesondere des Aufnahmeendes, gewährleistet. Insbesondere kann im verpressten Zustand ein Verpressungsgrad des elektrischen Leiters mit der durch die erfindungsgemäße Vorrichtung ausgebildeten Crimphülse entlang der Längsrichtung mehrfach variiert werden.
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In einer weiteren Ausführungsform umfasst der wellenförmige Verlauf entlang der Längsrichtung mindestens eineinhalb Wellenlängen. Hierdurch ergeben sich in vorteilhafter Weise im verpressten Zustand mehrere Bereiche mit vergleichsweise hohen Leiterabzugskräften und/oder mehrere Bereiche mit vergleichsweise geringen Crimpübergangswiderständen.
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In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst der wellenförmige Verlauf entlang der Längsrichtung mindestens viereinhalb Wellenlängen. Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise eine ausreichend hohe mechanische Festigkeit, d. h. eine insgesamt hohe resultierende Leiterabzugskraft sowie ein niedriger resultierender Crimpübergangswiderstand.
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In einer weiteren Ausführungsform variiert eine Amplitude des wellenförmigen Verlaufs entlang der Längsrichtung des Aufnahmeendes. Hierdurch können in vorteilhafter Weise verschiedene Höhen der Crimpzungen und/oder verschiedene Tiefen der Crimpausnehmungen hergestellt werden, wodurch bei der Herstellung der Crimpverbindung ein Verpressungsgrad noch feiner als bei einer konstanten Amplitude des wellenförmigen Verlaufs entlang der Längsrichtung des Aufnahmeendes variiert werden kann. Hierdurch kann in vorteilhafter Weise eine resultierende Leiterabzugskraft und ein resultierenden Crimpübergangswiderstand noch genauer eingestellt werden.
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In einer weiteren Ausführungsform weist der Bodenabschnitt nutförmige Ausnehmungen auf. Die nutförmigen Ausnehmungen können auch als so genannte Serrationen bezeichnet werden. Die nutförmigen Ausnehmungen sind zu dem Aufnahmevolumen hin geöffnet, also auf einer aufnahmevolumenseitigen Oberfläche des Bodenabschnitts angeordnet. Beim Verpressen des elektrischen Leiters und des Aufnahmeendes kann hierbei ein Teil des Leiters in die nutförmigen Ausnehmungen gepresst werden. Hierdurch kann in vorteilhafter Weise eine resultierende Leiterabzugskraft weiter erhöht werden, wobei ein resultierender Crimpübergangswiderstand gleich bleibt oder sogar ebenfalls weiter verringert werden kann.
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In einer weiteren Ausführungsform ist eine zentrale Längsrichtung der nutförmigen Ausnehmungen orthogonal zu der zentralen Längsrichtung des Aufnahmeendes. Somit sind die nutförmigen Ausnehmungen, also die Serrationen oder Rillen im Bodenabschnitt, quer zu einer Längsachse des Kontaktes angeordnet, wodurch sich in vorteilhafter Weise ein verbesserter Formschluss und ein verringerter Crimpübergangswiderstand im verpressten Zustand ergibt. Ein verbesserter Formschluss wird insbesondere dadurch erreicht, dass die nutförmigen Ausnehmungen orthogonal zur zentralen Längsachse des Aufnahmeendes, welche parallel zu einer Richtung zumindest eines Teils der Leiterabzugskraft ist, angeordnet sind. Bei Aufbringung einer Leiterabzugskraft stößt hierbei das in die Ausnehmung verpresste Teil des elektrischen Leiters gegen eine Innenfläche der nutförmigen Ausnehmung und erzeugt somit eine höhere Leiterabzugskraft.
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In einer bevorzugten Ausführungsform sind die nutförmigen Bereiche in zu Wellenbergen korrespondierenden Abschnitten des Bodenbereichs angeordnet. Hierdurch ergibt sich in den Bereichen der Crimpzungen, dass eine Verpressung weniger stark als bei nicht vorhandenen nutförmigen Ausnehmungen ist. Hierdurch wird eine Leiterabzugskraft höher ausfallen, ein Crimpübergangswiderstand jedoch annähernd konstant bleiben, da der elektrische Leiter auch im Bereich der Ausnehmung in Kontakt mit dem Aufnahmeende ist.
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Alternativ können die nutförmigen Bereiche auch in zu Wellentälern korrespondierenden Abschnitten des Bodenbereichs angeordnet sein.
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Insgesamt ergibt sich in vorteilhafter Weise, dass insbesondere durch ein Variieren von Spitzen und Senken des Wellenverlaufs Crimpflankenenden variiert werden können und somit ein resultierender Crimpübergangswiderstand und eine resultierende Leiterabzugskraft vorteilhaft beeinflusst werden kann. In den, den nutförmigen Ausnehmungen entgegengesetzten Bereichen der Oberkante des ersten und des zweiten Schenkelabschnitts, z. B. im Bereich von Wellenbergen, kann zusätzlich ein Formschluss erreicht werden, so dass eine resultierende Leiterabzugskraft weiter erhöht und Mikrobewegungen des verpressten elektrischen Leiters weiter reduziert werden. Hierfür können die Wellenberge derart ausgestaltet sein, dass im verpressten Zustand ein Formschluss zwischen Wellenbergen des ersten und des zweiten Schenkelabschnitts vorliegt.
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Weiter vorgeschlagen wird ein Verfahren zur Kontaktierung mindestens eines elektrischen Leiters. Der mindestens eine elektrische Leiter wird in ein Aufnahmeende einer Vorrichtung zur Aufnahme des mindestens einen elektrischen Leiters eingelegt. Das Aufnahmeende der Vorrichtung ist U-profilförmig ausgebildet, wobei das U-Profil einen Bodenabschnitt, einen ersten Schenkelabschnitt und einen zweiten Schenkelabschnitt aufweist. Die Schenkelabschnitte werden in einem Crimpschritt derart verformt, dass der mindestens eine elektrische Leiter mit dem Aufnahmeende verpresst wird.
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Erfindungsgemäß weist eine Oberkante des ersten Schenkelabschnitts und eine Oberkante des zweiten Schenkelabschnitts in Längsrichtung des Aufnahmeendes einen wellenförmigen Verlauf auf.
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Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die Fig. zeigen:
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1 einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung,
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2 einen ersten Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung,
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3 einen weiteren Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung und
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4 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung im verpressten Zustand.
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Nachfolgend bezeichnen gleiche Bezugszeichen Elemente mit gleichen oder ähnlichen technischen Eigenschaften.
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In 1 ist ein Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1 dargestellt. Hierbei ist der Querschnitt durch ein Aufnahmeende der Vorrichtung 1 dargestellt, wobei das Aufnahmeende U-profilförmig ausgebildet ist und im Querschnitt somit ein U-förmiges Profil aufweist. Das U-Profil weist einen Bodenabschnitt 2, einen ersten Schenkelabschnitt 3 und einen zweiten Schenkelabschnitt 4 auf. Eine Oberkante 5 des ersten Schenkelabschnitts 3 und eine Oberkante 6 des zweiten Schenkelabschnitts 4 weist in einer senkrecht Zur Zeichenebene verlaufenden Längsrichtung, die durch einen hier punktförmig dargestellten Pfeil 7 (siehe auch 2) dargestellt ist, einen wellenförmigen Verlauf auf. Ebenfalls ist in 1 ein elektrischer Leiter 12 dargestellt, der in ein von Bodenabschnitt 2 und den Schenkelabschnitten 3, 4 ausgebildetes Aufnahmevolumen eingelegt ist.
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In 2 ist ein Längsschnitt durch die in 1 dargestellte erfindungsgemäße Vorrichtung 1 dargestellt. Hierbei ist der Längsschnitt entlang einer mit einem Pfeil 7 verdeutlichten Längsrichtung des Aufnahmeendes durch den ersten Schenkelabschnitt 3 im Bereich der Oberkante 5 dargestellt. Dargestellt ist, dass die Oberkante 5 des ersten Schenkelabschnitts 3 einen wellenförmigen Verlauf aufweist, wobei der wellenförmige Verlauf eine feste Wellenlänge k aufweist. Der wellenförmige Verlauf entlang der Längsrichtung umfasst viereinhalb Wellenlängen. In 2 ist dargestellt, dass eine Amplitude des wellenförmigen Verlaufs nicht variiert. Genauso gut könnte jedoch eine Amplitude des wellenförmigen Verlaufs variieren. Der wellenförmige Verlauf weist alternierend Wellenberge 8 und Wellentäler 9 auf, von denen der Einfachheit halber nur ein Wellenberg bzw. ein Wellental mit einem Bezugszeichen versehen ist.
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In 3 ist ein weiterer Längsschnitt durch die in 1 dargestellte Vorrichtung 1 dargestellt. Hierbei ist der Längsschnitt wiederum entlang der mit einem Pfeil 7 angedeuteten Längsrichtung dargestellt, nun jedoch im Bereich des in 1 dargestellten Bodenabschnitts 2. Hierbei ist dargestellt, dass der Bodenabschnitt 2 nutförmige Ausnehmungen 10 aufweist. Eine zentrale Längsrichtung der nutförmigen Ausnehmungen 10, die senkrecht zur Zeichenebene verläuft und der Einfachheit halber nur für eine einzige Ausnehmung 10 mit einem hier punktförmig dargestellten Pfeil 11 dargestellt ist, verläuft orthogonal zu der durch Pfeil 7 dargestellten zentralen Längsrichtung des Aufnahmeendes der Vorrichtung 1.
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Hierbei ist in Verbindung mit 2 dargestellt, dass die nutförmigen Ausnehmungen 10 in zu Wellenbergen 8 korrespondierenden Abschnitten des Bodenbereichs 2 angeordnet sind.
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In 4 ist ein Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1 im verpressten Zustand dargestellt. Hierbei wurde ein elektrischer Leiter 12, der ebenfalls in 1 dargestellt ist, zwischen die Schenkelabschnitte 3, 4 und den Bodenabschnitt 2 eingelegt und die Schenkelabschnitte 3, 4 derart verformt, dass der elektrische Leiter 12 mit dem Aufnahmeende verpresst wird. Hierbei ist dargestellt, dass im Bereich von Wellenbergen 8 der elektrische Leiter in die zu den Wellenbergen 8 korrespondierenden nutförmigen Ausnehmungen 10 im Bodenbereich 2 der Vorrichtung 1 gepresst wird, wobei in diesen Bereichen ein Verpressungsgrad geringer ist als wenn der Bodenbereich 2 keine nutförmigen Ausnehmungen 10 aufweisen würde. Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise eine hohe resultierende Leiterabzugskraft, deren Richtung exemplarisch mit einem Pfeil 13 dargestellt ist, und ein niedriger resultierender elektrischer Crimpübergangswiderstand. Dabei sei erläuternd angemerkt, dass durch die Verpressung die Wellenberge 8 nunmehr nach unten zeigen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Vorrichtung
- 2
- Bodenabschnitt
- 3
- erster Schenkelabschnitt
- 4
- zweiter Schenkelabschnitt
- 5
- Oberkante
- 6
- Oberkante
- 7
- Pfeil
- 8
- Wellenberg
- 9
- Wellental
- 10
- nutförmige Ausnehmung
- 11
- Pfeil
- 12
- elektrischer Leiter
- 13
- Pfeil
- k
- Wellenlänge
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2010/0120288 A1 [0008]
- EP 0918368 B1 [0009]
