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TECHNISCHES GEBIET
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Die Erfindung betrifft ein Befestigungssystem mit einer Schraube und einer Buchse zur Befestigung eines Bauteils.
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STAND DER TECHNIK
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Aus der
DE 20 2010 004 534 U1 ist eine Befestigungseinrichtung mit einem durch eine Spannschraube gegen einen Grundkörper spannbares Tragglied bekannt. Die Spannschraube durchläuft hierbei mit ihrem Schaft eine Bohrung des Trageglieds. Das Trageglied ist zweistückig mit einer Hülse und einem Ring ausgebildet, die zum Gebrauch aneinander befestigt werden. Zwischen dem Trageglied und der Spannschraube besteht eine verliersichere Verbindung, die durch ein kurzes Innengewindestück in der Bohrung der Hülse des Trageglieds vorgesehen ist. Beim Einsetzen der Spannschraube in das Trageglied muss zunächst das Außengewinde der Spannschraube durch das kurze Innengewindestück geschraubt werden. Dann kann die Spannschraube in axialer Richtung gegenüber dem Trageglied bewegt werden, sie ist jedoch durch das Innengewindestück gegen ein Herausfallen gesichert.
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Durch das kurze Innengewindestück, durch das die Schraube zunächst geschraubt werden muss, bevor sie in axialer Richtung entlang des Schafts beweglich ist, wird zwar eine verliersichere Verbindung zwischen der Hülse des Trageglieds und der Schraube hergestellt, allerdings ist ein Toleranzausgleich in einer oder mehreren Richtungen senkrecht zur axialen Richtung der Schraube nicht oder nur bedingt möglich. Darüber hinaus erfordert das Durchschrauben der Spannschraube durch das kurze Innengewindestück einen erheblichen Arbeitsaufwand.
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DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Befestigungssystem aus einer Buchse und einer Schraube bereitzustellen, mit dem ein erheblicher Toleranzausgleich entlang zumindest einer Richtung senkrecht auf der axialen Richtung der Schraube möglich ist, unter der Maßgabe, dass die Buchse und die Schraube des Befestigungssystems eine verliersichere Verbindung eingehen können.
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Die Aufgabe wird mit einem Befestigungssystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen folgen aus den Unteransprüchen, sowie der allgemeinen Beschreibung der Erfindung und den beispielhaften Wegen zur Ausführung der Erfindung.
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Das erfindungsgemäße Befestigungssystem weist eine Schraube und eine Buchse auf. Vorzugsweise besteht das Befestigungssystem nur aus der Schraube und der Buchse. Die Schraube weist einen Schraubenkopf, einen sich daran anschließenden Schaft und einen Gewindebereich auf, der von dem Schraubenkopf in axialer Richtung beabstandet ist und vorzugsweise an dem dem Schraubenkopf gegenüberliegenden Ende der Schraube vorgesehen ist. Die Buchse des Befestigungssystems weist ein Langloch auf, in das die Schraube einzubringen ist oder eingebracht ist. Der Öffnungsquerschnitt des Langlochs kann sich geradlinig erstrecken, parallele Seiten aufweisen, die an ihren Enden mit einem Halbkreis verbunden sind, elliptisch, bogenförmig oder anderweitig gekrümmt sein, oder eine unregelmäßige Form aufweisen, solange es keinen kreisrunden Querschnitt aufweist. Das Langloch ist innenliegend mit einem Kragen versehen, dessen kleinster Durchmesser größer als der Durchmesser des Schafts der Schraube und kleiner als der größte Durchmesser des Gewindebereichs der Schraube ist, wodurch eine Verliersicherung ausgebildet wird, die ein Verlieren der Schraub auch im Falle einer nicht kreisrunden Öffnung gewährleistet. Der Kragen ist vorzugsweise fest mit der Buchse verbunden, d. h. relativ zu dieser nicht beweglich, oder mit dieser sogar einstückig ausgebildet. Der Kragen kann ein Gewinde aufweisen, sodass die Schraube zunächst durch den Kragen hindurchgeschraubt werden muss, bevor die Schraube und die Buchse ihre verliersichere Verbindung eingehen. Der Kragen kann allerdings auch so vorgesehen sein, dass ein Hindurchdrücken der Schraube möglich ist. Dazu kann der Kragen beispielsweise eine Rändelung aufweisen und/oder aus einem Kunststoff ausgebildet sein. Der Kragen kann am Innenumfang des Langlochs als geschlossener Ring (nicht notwendiger Weise kreisrund) vorgesehen sein. Allerdings ist eine geschlossene Ausbildung des Kragens nicht notwendig, solange die Wechselwirkung aus Kragen und Gewindebereich der Schraube eine verliersichere Verbindung ermöglicht.
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Das erfindungsgemäße Befestigungssystem erlaubt nicht nur eine verliersichere Verbindung zwischen Buchse und Schraube, sondern gewährleistet darüber hinaus einen Toleranzausgleich nicht nur in axialer Richtung, sondern auch zumindest entlang einer Richtung senkrecht zur axialen Richtung, wenn ein Bauteil mittels des Befestigungssystems befestigt wird. Der Grad des Toleranzausgleichs wird nicht allein durch die Erstreckung des Öffnungsquerschnitts des Langlochs bestimmt, sondern auch durch den Schaftdurchmesser und die Art und Weise, wie sich die Form des Langlochs entlang der axialen Richtung der Buchse entwickelt. Hierbei ist es zwar bevorzugt aber nicht notwendig, dass der Öffnungsquerschnitt des Langlochs entlang der axialen Richtung der Buchse konstant ist. Ferner wird vorzugsweise eine Dünnschaftschraube verwendet.
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Der das Langloch innen umgebende Kragen gewährleistet nicht nur die Unverlierbarkeit der Schraube in einem Langlochsystem, sondern ermöglicht darüber hinaus eine Vorpositionierung der Schraube nicht nur in axialer Richtung der Buchse, sondern auch entlang des Öffnungsquerschnitts des Langlochs und auch hinsichtlich der Schrägstellung der Schraube. Die Vorpositionierung und/oder Unverlierbarkeit wird erfindungsgemäß technisch einfach und kostensparend umgesetzt. Darüber hinaus ist die Gestaltung und Form der Buchse und Schraube (Schaftdurchmesser, Gewindelänge, Gewindedurchmesser, Buchsenlänge, Buchsenbreite, Buchsenhöhe, usw.) flexibel. Trotz Fixierung der Schraube und/oder der Unverlierbarkeit der Schraube ist ein Toleranzausgleich, d. h. eine Bewegung im Langlochsystem möglich, unabhängig von der äußeren Form der Buchse. Die Montage und Herstellung des erfindungsgemäßen Befestigungssystems sind ausgesprochen einfach, wodurch geringe Herstellungskosten möglich sind.
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Verschiedene Materialmöglichkeiten sind sowohl bei der Buchse als auch bei der Schraube denkbar. Die Buchse kann beispielsweise im Aludruckguss, Zinkdruckguss, mit einem gestanzten, gebogenen Blech, d. h. als sogenanntes Stanzbiegeteil, oder Fliespressteil hergestellt werden. Für geringe Kraftanforderungen ist auch eine Ausbildung der Schraube und/oder Buchse teilsweise und/oder vollständig aus Kunststoff möglich. Darüber hinaus wären Hybrid- und/oder Verbundwerkstoffe denkbar.
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Vorzugsweise ist der Kragen als Bund ausgebildet, der entlang der axialen Richtung der Buchse bündig mit einer Seite der Buchse abschließt. Hierbei ist die eine Seite vorzugsweise diejenige Seite, die mit dem Schraubenkopf in Kontakt gerät. Ein solcher Bund gewährleistet nicht nur die Unverlierbarkeit der Schraube, sondern bietet darüber hinaus eine verbesserte Auflagefläche für den Kopf der Schraube oder eine etwaige fixierte oder lose Unterlegscheibe, wodurch eine stabilere und sicherere Verbindung, insbesondere im Hinblick auf das zu verwendende Langloch, gewährleistet ist.
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Vorzugsweise weist der Kragen in axialer Richtung der Buchse eine Wandstärke auf, die der Steigung des Gewindes des Gewindebereichs entspricht. Die Wandstärke (in axialer Richtung) des Kragens wird somit ausreichend klein, um den gewünschten Toleranzausgleich nicht zu beeinträchtigen, auf der anderen Seite hinreichend dick sein, um die Verliersicherung zu gewährleisten. Der Kragen kann keilförmig ausgebildet sein oder eine andere geeignete Form aufweisen. Ein Schraubeingriff zwischen Schraube und Kragen ist nicht notwendigerweise erforderlich. Nicht nur, aber insbesondere, dann, wenn der Kragen aus einem Kunststoff gefertigt ist, kann die Abmessung der relativen Dimensionen zwischen Schraube und Kragen so sein, dass ein Durchdrücken der Schraube mit einem gewissen Kraftaufwand, der zumindest größer als die Gewichtskraft der Schraube ist, möglich ist.
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Vorzugsweise ist die Schraube an dem dem Schraubenkopf gegenüberliegenden Ende zugespitzt. Die Verjüngung der Schraube am Vorderende bildet eine Suchspitze aus, die bei der vorliegenden Erfindung im Hinblick auf den erheblichen Toleranzausgleich für eine schnelle Montage am Bauteil vorteilhaft ist. Durch eine durch das Langloch erlaubte relativ starke Schrägstellung der Schraube relativ zur Buchse kann die Montage mit einer solchen Suchspitze deutlich vereinfacht werden.
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Vorzugsweise weist der Kragen eine Rändelung auf, wodurch ein einfaches Hindurchdrücken der Schraube durch den Kragen bei gleichzeitiger Verliersicherung erzielt wird.
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Vorzugsweise wird die Buchse der Einfachheit halber in einem Druckgussverfahren hergestellt. Die flüssige Schmelze wird hierbei unter einem Druck von beispielsweise 10 bis 200 MPa in eine Druckgussform gedrückt, wo sie dann erstarrt.
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Selbstverständlich kann die Buchse einteilig oder mehrteilig ausgebildet sein. Vorzugsweise besteht die Buchse aus einem Stanzbiegeteil, oder weist ein solches auf. Das Stanzbiegeteil kann beispielsweise mit Kunststoff umspritzt sein, wodurch ein ausgezeichneter Kompromiss aus Stabilität, Gewichtsersparnis und einfacher Herstellbarkeit erzielt wird.
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Vorzugsweise besteht der Kragen aus Kunststoff. Der Kragen kann dann besonders bevorzugt im Rahmen eines Spritzgussprozesses ausgebildet werden. Auf diese Weise kann das Gewicht der Buchse verringert werden, ohne die Verliersicherheit zu opfern.
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Vorzugsweise weist die Buchse einen Außenkragen auf, der die Buchse außen umgibt. Der Außenkragen ist vorgesehen, um mit einem zu befestigenden Bauteil in Kontakt zu geraten bzw. dieses zu beaufschlagen.
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Das erfindungsgemäße Befestigungssystem ist besonders geeignet für die Anwendung in Fahrzeugen, besonders bevorzugt in schlecht zugänglichen Bereichen des Fahrzeugs, wie dem Motorraum, etwa im Bereich des Batterieträgers. Die Erfindung bietet eine Lösung für Befestigungen, bei denen ein Toleranzausgleich erfolgen soll und dabei das Verschraubungsmaterial vorpositioniert und/oder unverlierbar montiert sein soll
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 zeigt eine Schraube als Einzelteil eines Befestigungssystems.
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2 zeigt eine Buchse als Einzelteil eines Befestigungssystems.
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3a und 3b zeigen zwei weitere Ausführungsvarianten der Buchse.
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4 zeigt einen Querschnitt durch ein Befestigungssystem aus Schraube und Buchse.
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5a bis 5d zeigen zwei Konfigurationen zwischen Schraube und Buchse, jeweils als perspektivische Ansicht und als Schnittansicht.
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6a bis 6d zeigen verschiedene Ansichten einer weiteren Ausführungsform der Buchse.
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7a bis 7c zeigen Konfigurationen zwischen Schraube und Buchse gemäß einer weiteren Ausführungsform.
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8a bis 8c veranschaulichen das Einschrauben der Schraube in Schräglage.
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9a bis 9d veranschaulichen den Toleranzausgleich des Befestigungssystems.
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10a und 10b veranschaulichen die Unverlierbarkeit der Schraube in dem Befestigungssystem.
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WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
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1 zeigt eine Schraube 10 als Einzelteil eines Befestigungssystems. Die Schraube 10 weist einen Schraubenkopf 11 auf, der in der vorliegenden Ausführungsform beispielhaft mehrkantig ausgebildet ist. Ein Schaft 12 erstreckt sich von dem Schraubenkopf 11 und weist einen geringeren Durchmesser als der Schraubenkopf 11 oder einer sich an den Schraubenkopf 11 anschließenden festen oder losen Unterlegscheibe auf. An dem Ende der Schraube 10, das dem Schraubenkopf 11 in axialer Richtung gegenüberliegt, ist ein Gewindebereich 13 vorgesehen. Der Gewindebereich 13 weist ein Außengewinde auf, das mit einem Innengewinde eines nicht dargestellten Bauteils in Eingriff zu bringen ist, um dieses zu befestigen oder etwas an diesem zu befestigen. Die Schraube 10 weist eine zulaufende Spitze 14 auf, wodurch eine sogenannte Suchspitze ausgebildet wird, welche die Montage des Befestigungssystems mit einem zu befestigenden Teil vereinfacht. Die Spitze 14 kann beispielsweise in einem Winkel von 45 Grad zulaufen und am unteren Ende beispielsweise abgeplattet, abgerundet oder spitz sein.
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2 zeigt als Einzelteil eine Buchse 20 des Befestigungssystems. Die Buchse 20 hat ein Langloch 21, durch das die Schraube 10 einzubringen ist. Ferner weist die Buchse 20 einen Außenkragen 23 und weitere dargestellte aber nicht näher bezeichnete Elemente auf, die mit dem nicht dargestellten zu befestigenden Bauteil zusammenwirken.
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Andere Gestaltungsformen der Buchse 20 sind in den 3a und 3b gezeigt. Die gezeigten Buchsen 20 können beispielsweise mit dem zu befestigenden Bauteil umspritzt, in dieses eingepresst oder anderweitig damit verbunden werden. Dazu dienen die gezeigten unterschiedlichen äußeren Konfigurationen, etwa eine Riffelung, vorstehende Teile usw.. Aus der 3b geht hervor, dass sich der Öffnungsquerschnitt des Langlochs 21 nicht notwendigerweise geradlinig erstrecken muss, sondern bogenförmig oder anderweitig gekrümmt sein kann.
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Wenngleich in den 2, 3a und 3b ein als Bund 22 ausgebildeter Kragen eingezeichnet ist, so geht dessen Beschaffenheit deutlicher aus der 4 hervor. Der Bund 22 ist umlaufend ausgebildet, d. h. er umgibt das Langloch 21 auf der Innenseite vollständig. Der Bund 22 ist somit als geschlossener Ring ausgebildet, wenngleich nicht unbedingt als Kreisring. Der kleinste Durchmesser des Bundes 22, d. h. in den 2 und 3a der Durchmesser in der Ebene des Langlochquerschnitts, die senkrecht zur Erstreckungsrichtung desselben steht, ist kleiner als der Außendurchmesser des Gewindebereichs 13, jedoch größer als der Kerndurchmesser des Gewindebereichs 13 und der Durchmesser des Schafts 12. Somit besteht bei einer in die Buchse 20 eingedrückten oder eingedrehten Schraube 10 eine verliersichere Verbindung.
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Das Zusammenspiel aus Buchse 20 und Schraube 10 geht besonders deutlich aus der 4 hervor. Der Schaft 12 ist so dünn ausgebildet, dass ein Toleranzausgleich nicht nur entlang der Erstreckungsrichtung des Langlochquerschnitts möglich ist, sondern, wenn auch in geringerem Maße, auch entlang anderer Richtungen, die senkrecht zu der axialen Richtung der Buchse 20 stehen. Vorzugsweise ist die Wandstärke des Bundes 22 in axialer Richtung der Steigung des Gewindes des Gewindebereichs 13 angepasst. Die Suchspitze 14 dient dem erleichterten Verschrauben insbesondere in Schräglage und verbessert somit den Toleranzausgleich.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist die Schraube 10 eine Gesamtlänge von 20 bis 70 mm, vorzugsweise etwa 42 mm auf. Die Schaftlänge beträgt gemäß einer bevorzugten Ausführungsform etwa 15 bis 25 mm, vorzugsweise etwa 18 mm. Der Gewindebereich 13 inklusive der Spitze 14 der Schraube 10 weist vorzugsweise eine Länge von etwa 12 bis 22 mm, vorzugsweise etwa 16 mm auf. Der Schaftdurchmesser beträgt vorzugsweise 4 bis 10 mm, noch bevorzugter etwa 6 mm. Eine solche Schraube 10 bildet mit einer Langlochbuchse 20 ein besonders geeignetes verliersicheres Befestigungssystem mit Toleranzausgleich, während der kleinste Durchmesser des Langlochs 21 der Buchse 20 hierbei vorzugsweise einen Durchmesser von etwa 7 bis 15 mm aufweist, noch bevorzugter etwa 11 mm, wobei das Langloch 21 durch den Bund 22 am oberen Ende der Buchse 20 verjüngt ist, beispielsweise und vorzugsweise auf 7,2 mm.
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Die 5a bis 5d zeigen zwei verschiedene Konfigurationen aus Schraube 10 und Buchse 20. Aus der perspektivischen Zeichnung 5a und der entsprechenden Schnittzeichnung 5b geht hervor, dass die Schraube 10 und die Buchse 20 relativ zueinander vorpositioniert sein können. Dazu ist die Schraube 10 ein stückweit in die Buchse 20 eingedrückt oder eingeschraubt, gerade soweit dass das Gewinde des Gewindebereichs 13 und der Bund 22 miteinander im Eingriff oder in Kontakt stehen. Die 5c und 5d zeigen einen Zustand, in dem die Schraube 10 maximal in der Buchse 20 versenkt ist.
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Während die Buchse 20 gemäß den 2 bis 5d beispielsweise mittels eines Druckgussverfahrens, einstückig hergestellt ist, zeigen die 6a bis 7c eine mehrteilige Variante der Buchse 20. In der 6c ist ein gestanztes, gebogenes Blech 24 gezeigt, das einen Teil der Buchse 20 bildet. Das Blech 24 weist in axialer Richtung einen Schlitz auf, der zwar aufgrund der Biegung dieses Stanzbiegeteils 24 entsteht, aber darüber hinaus verschiedene Funktionen übernehmen kann, beispielsweise ein Umspritzen des Stanzbiegeteils 24 mit Kunststoff erleichtert. Zu diesem Zweck weist das Stanzbiegeteil 24 zudem Öffnungen 26 auf.
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Wenn das Stanzbiegeteil 24 von einem Kunststoff 25 umspritzt wird, wie es aus den 6a, 6b, 6d und 7a bis 7c hervorgeht, entsteht eine mehrteilige Buchse 20. Das Stanzbiegeteil 24 ist mit dem Bund 22 umspritzt und insgesamt oder teilweise in den Kunststoff 25 eingebettet.
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Buchsenvarianten, in denen die äußere Umspritzung 25 mit Kunststoff weggelassen wurde, gehen aus den 7a bis 7c hervor. Ein Kunststoffbund 22, wie er in der 6d dargestellt ist oder wie er anders aus den 7a bis 7c hervorgeht, ist besonders geeignet, eine Reibverbindung zwischen dem Gewindebereich 13 der Schraube 10 und dem Bund 22 herzustellen, sodass die Schraube 10 einfach in die Buchse 20 gedrückt werden kann.
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Die Öffnungen 26 in dem Stanzbiegeteil 24 dienen dazu, eine sichere Verbindung zwischen dem Kunststoffbund 22 und dem Stanzbiegeteil 24 und ggf. dem äußeren Kunststoff 25, der das Stanzbiegeteil 24 außen umgibt, herzustellen. Auf diese Weise kann ein Spritzgussteil, das das Stanzbiegeteil 24 einfasst, hergestellt werden.
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Die 8a bis 8c veranschaulichen das Einschrauben der Schraube 10 in Schräglage. Insbesondere ist hier eine ebenfalls schräge Vorpositionierung der Schraube 10 in der Buchse 20 möglich.
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Die 9a bis 9d veranschaulichen den maximalen Toleranzausgleich durch die Suchspitze 14, der beim Einschrauben der Schraube 10 in das zu befestigende Bauteil (nicht dargestellt) möglich ist.
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Die 10a und 10b veranschaulichen die Unverlierbarkeit der Schraube 10.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 202010004534 U1 [0002]
