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Die Erfindung betrifft eine Verbindungseinrichtung für eine ein Gehäuse aufweisende Leistungshalbleitereinrichtung, wobei die Verbindungseinrichtung einen Steckverbinder mit einer Zuleitung mit angeschlossener Kontakteinrichtung und einem Dichtstoffformkörper aufweist, vorteilhafterweise weist die Verbindungseinrichtung eine Mehrzahl von Steckverbindern auf. Derartige Verbindungseinrichtungen finden Anwendung in der Leistungselektronik.
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Derartige Verbindungseinrichtungen müssen unter erschwerten Umweltbedingungen über lange Jahre funktionsfähig sein. Korrosive Belastungen wie Feuchte, Dämpfe, Wasser etc. führen zu einer Einsatzbeschränkung oder zum Ausfall der hergestellten Verbindung. Auch aus Sicherheitsgründen müssen Industriesteckverbinder gegen Einflüsse von außen wie z. B. Staub, Wasser etc. geschützt werden. Dieser Schutz muss durch das Gehäuse und dessen Verriegelung sowie eine geeignete Abdichtung gewährleistet werden.
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Es ist bekannt, zur Abdichtung einer Steckverbindungseinrichtung gegen Spritzwasser nach dem Schutzgrad IP 54 oder höher spezielle Steckverbinder einzusetzen, die spritzwasserdicht sind und dicht montiert werden können. Handelsübliche Steckverbinder weisen fachüblich angeformte Dichtungen aus einem elastischen Dichtstoff, beispielhaft Silikon, auf.
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Aus der Druckschrift
WO 2006/054 574 A1 ist ein wasserdichter Buchsenverbinder, der mit einem Steckverbinder verbindbar ist bekannt, wobei der Steckverbinder mit einer Mehrzahl von Steckeranschlüssen versehen ist, von denen jeder einen Vorderendabschnitt als elektrischen Verbinderabschnitt hat, wobei der Steckeranschluss von einem Steckergehäuse nach vorne vorsteht und von diesem gehalten ist, wobei das Steckergehäuse mit Vorsprüngen versehen ist, von denen jeder von einer Vorderfläche des Steckergehäuses für einen entsprechenden Steckeranschluss vorsteht, um einen hinteren Teil eines elektrischen Verbindungsabschnittes abzudecken, wobei der wasserdichte Buchsenverbinder aufweist: eine Mehrzahl von Buchsenanschlüssen, in welche die elektrischen Verbindungsabschnitte der Steckeranschlüsse entsprechend einpassbar sind; ein Buchsengehäuse, welches aufweist: Anschlussaufnahmekammern zur Aufnahme der entsprechenden Buchsenanschlüsse; Anschlussverriegelungsabschnitte zum Verriegeln der Buchsenanschlüsse in den jeweiligen Anschlussaufnahmekammern und Steckeranschlusseinführöffnung, in welche die Steckeranschlüsse zum Einpassen in die Buchsenanschlüsse entsprechend einführbar sind, wobei die Steckeranschlusseinführöffnungen vorderhalb der Buchsenanschlüsse ausgebildet sind; ein wasserdichtes Dichtteil aus elastischem Material mit einer Form für einen engen Kontakt mit einer Vorderfläche des Buchsengehäuses und einem Dichtteilhalter zum Halten des wasserdichten Dichtteils.
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Nachteilig am o. g. Stand der Technik ist, dass handelsübliche spritzwasserdichte Steckverbinder häufig zusätzliche Kosten verursachen, da bereits vorkonfektionierte Steckverbinder daran adaptiert werden müssen und ggf. die bereits vorhandenen Steckverbinder durch die spritzwasserdichte ersetzt werden müssen.
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Weiterhin wird der Stand der Technik gebildet durch eine wasserdichte Verbindungseinrichtung gemäß der
US 2009/0124123 A1 . Diese offenbart eine Verschlussstopfen für einen elektrische Verbindung, bestehend aus einem verformbaren Dichtmaterial. Dieser zweiteilig ausgebildete Verschlussstopfen umschließt elektrische Zuleitungen und ist zur Abdichtung in einem Gehäuse angeordnet.
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Die
EP 2 144 336 A1 offenbart weiterhin ein hermetischen Anschlussstück mit einem zentralen Eingriffsabschnitt für mindestens zwei elektrische Klemmen. Hierbei sind zwei Halbschalen vorgesehen, die elektrische Kabel umgeben und erste Dichtungen aufweise. Weiterhin ist eine zweite Dichtung an einem zentralen Abschnitt vorgesehen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Verbindungseinrichtung vorzustellen, die mindestens einen Schutz nach der Schutzklasse IP54, insbesondere nach IP 65 aufweist, wobei der Einsatz von vorkonfektionierten Standard-Steckverbindern möglich ist, wobei diese Verbindungseinrichtung in sich und zum Gehäuse dicht gegen Spritzwasser geschützt sein soll.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Verbindungseinrichtung mit den Merkmalen nach Anspruch 1 und durch eine Leistungshalbleitereinrichtung nach Anspruch 10. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den jeweiligen abhängigen Ansprüchen beschrieben. Die Ausbildung einer Verbindung mit einer derartigen Verbindungseinrichtung erfolgt nach den Merkmalen des Anspruchs 11.
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Die erfindungsgemäße Verbindungseinrichtung ist insbesondere für die Verbindung von Steuerleitungen mit einer ein Gehäuse aufweisenden Leistungshalbleitereinrichtung vorgesehen. Die Verbindungseinrichtung weist einen Dichtstoffformkörper und mindestens einen Steckverbinder mit einer Zuleitung mit angeschlossener Kontakteinrichtung auf, wobei die Kontakteinrichtungen jeweils mit einer Positioniereinrichtung ausgebildet sind, und wobei der Dichtstoffformkörper bevorzugt einstückig mit zwei zueinander korrespondierenden zusammenfügbaren Teilkörpern ausgebildet ist. Zur Abdichtung der Verbindungseinrichtung gegenüber einer zugeordneten zweiten Ausnehmung im Gehäuse der Leistungshalbleitereinrichtung weist der Dichtstoffkörper an seiner Außenseite erste Lamellen auf. An der jeweiligen Innenseite der Teilkörper sind zweite Lamellen angeordnet, wobei die zweiten Lamellen der Teilkörper ineinandergreifend angeordnet sind. Weiterhin weist die Verbindungseinrichtung vorzugsweise mehrere erste Ausnehmungen zur Aufnahme zugeordneter Zuleitungen bzw. der Kontakteinrichtungen auf.
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Der Dichtstoffkörper besteht vorteilhafterweise lediglich aus einem Element, das als einstückiger Dichtstoffformkörper mit zwei zueinander korrespondierenden zusammengefügten Teilkörpern ausgebildet ist, die mittels einer verbiegbaren Lasche verbunden sind. Dadurch ist eine schnelle und einfache Montage und Demontage des Steckverbinders möglich. Diese Ausführungsform bietet den Vorteil einer kostengünstigen Fertigung des Dichtstoffformkörpers beispielsweise durch Spritzguss.
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Alternativ könnte der Dichtstoffformkörper auch aus zwei oder mehreren zueinander korrespondierenden Teilkörpern ausgebildet sein.
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Weiterhin vorteilhaft ist, dass verschiedene Steckverbinderausbildungen also mit unterschiedlichen Kontakteinrichtungen und unterschiedlichen Zuleitung anordenbar sind. Es können also verschiedene Ausbildungen von Lichtwellenleitern oder elektrischen Leitern verwendet werden.
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Ein weiterer Vorteil ist, wenn der Dichtstoffformkörper in zusammengefügtem Zustand nur einen Abschnitt des Steckverbinders umhüllt. Dadurch liegt ein Teil der Kontakteinrichtungen frei, der in die zugehörige Steckerbuchse, die nicht Teil der Verbindungseinrichtung ist, angeordnet werden kann.
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Weiterhin erweist es sich als vorteilhaft, wenn der Dichtstoffformkörper in seiner Gesamtheit aus einem elastischem Material ausgebildet ist. Dadurch wird eine Langzeitdichtwirkung gewährleistet. Auch ist es vorteilhaft, wenn der Dichtstoffformkörper aus elektrisch isolierendem Material ausgebildet ist. Dadurch wird keine zusätzliche Isolierung des Steckverbinders benötigt.
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Ferner erweist es sich als vorteilhaft, wenn der Dichtstoffformkörper an den Teilkörpern, die auch nach der Anordnung in der Verbindungseinrichtung im Gehäuse zugänglich sind, weitere Laschen aufweist. Dadurch kann die Verbindungseinrichtung leicht in das Gehäuse eingesteckt werden und auch wieder leicht aus dem Gehäuse entfernt werden. Zusätzlich bieten die weiteren Laschen den Vorteil, dass durch das Zusammendrücken der weiteren Laschen beim Entfernen des Dichtstoffformkörpers aus dem Gehäuse die Zuleitungen des Steckverbinders fixiert werden können.
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Weiterhin erweist es sich als vorteilhaft, wenn ein Teilkörper eine Nase, vorzugsweise eine Rastnase, und der korrespondierende Teilkörper eine zugeordnete Einrastausnehmung aufweist. Dadurch werden die Teilkörper zusätzlich zueinander mechanisch fixiert. Eine andere Ausführungsform wäre eine unlösbare Verbindung, bei der die Teilkörper beispielhaft durch Verkleben verbunden werden.
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Ferner erweist es sich als vorteilhaft, wenn der Dichtstoffformkörper mindestens eine Anschlagkante aufweist, die jeweils zum Anschlag an einem zugeordnete Widerlager im Gehäuse ausgebildet ist. Dadurch wird ein dichter und dauerhafter Sitz gewährleistet.
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Die Erfindung beschreibt zudem ein Verfahren zur Ausbildung einer Verbindungseinrichtung nach folgenden Verfahrensschritten:
- • Einlegen des Steckverbinders in einen Teilkörper des Dichtstoffformkörpers
- • Verschließen der Teilkörper des Dichtstoffformkörpers
- • Zusammenfügen des Dichtstoffformkörpers mit dem Gehäuse
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Beim Einlegen des Steckverbinders werden die Zuleitungen mit angeschlossenen Kontakteinrichtungen in die ersten Ausnehmungen in einem der beiden Teilkörper eingelegt. Dabei wird der Steckverbinder mit leichtem Druck eingelegt, so dass die Lamellen die Zuleitungen teilweise umfassen.
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Beim Verschließen der beiden Teilkörper des Dichtstoffformkörpers werden die Teilkörper zusammengedrückt. Dabei rastet die Rastnase des einen Teilkörpers in die zugeordnete Einrastausnehmung des korrespondierenden Teilkörpers ein.
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Der letzte Verfahrensschritt beinhaltet das Zusammenfügen des Dichtstoffformkörpers mit dem Gehäuse. Hier wird die Verbindungseinrichtung in das Gehäuse der Leistungshalbleitereinrichtung eingesteckt.
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Der Vorteil dieses Verfahrens liegt darin, dass die Verbindungseinrichtung nach obengenannten Verfahrensschritten schnell montiert werden kann. Zudem ist das Verfahren einfach ausgelegt, so dass auch Nicht-Fachpersonal diese Verfahrensschritte durchführen kann.
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Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist in den 1 bis 4 dargestellt und wird im Folgenden näher erläutert. Dabei zeigen:
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1 eine erfindungsgemäße Verbindungseinrichtung mit perspektivischer Ansicht des Innenbereichs des Dichtstoffformkörpers,
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2 eine dreidimensionale Darstellung einer erfindungsgemäßen Verbindungseinrichtung,
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3 eine dreidimensionale Darstellung einer erfindungsgemäßen Verbindungseinrichtung mit einem Gehäuse,
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4 eine Schnittdarstellung der Verbindungseinrichtung gemäß 3.
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Gleiche Einzelheiten sind in den 1 bis 4 jeweils mit denselben Bezugsziffern bezeichnet, so dass es sich erübrigt, in Verbindung mit allen Figuren alle Einzelheiten jeweils detailliert zu beschreiben.
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1 zeigt eine dreidimensionale Darstellung einer erfindungsgemäßen Verbindungseinrichtung 10 mit perspektivischer Ansicht des Innenbereichs des Dichtstoffformkörpers 40. Der einstückig ausgebildete Dichtstoffformkörper 40 ist hier in geöffnetem Zustand mit den beiden Teilkörpern 41 dargestellt. In einem der beiden Teilkörper 41 sind die Steckverbinder 30, also die beiden Zuleitungen 31 mit angeschlossenen Kontakteinrichtungen 32, eingesetzt dargestellt. Die Kontakteinrichtungen 32 sind mit den Zuleitungen 31 jeweils über eine wellenförmige Kupplung 323 verbunden. Die Kupplung 323 kann aus einem Metall oder Kunststoff ausgebildet sein. Unter der Kupplung 323 ist eine weitere Positioniereinrichtung 322 in Form einer flachen runden Scheibe angeordnet, an die ein zylinderförmiger Kontaktstift mit einer Positioniereinrichtung 321 anschließt.
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Die Zuleitungen 31 werden im Bereich über der Kupplung 323 von Lamellen 420 umfasst. Dadurch werden die Zuleitungen 31 im Teilkörper rutschfest angeordnet. Die Lamellen 420 sind in beiden Teilkörpern 41, auf gleicher Höhe wie die Lamellen 410 an der Außenseite der Teilkörper 41, angebracht und mit diesen verbunden. Zudem sind sie flach und in 2 Reihen mit jeweiligen ersten Ausnehmungen 430 in beiden Reihen für die Zuleitungen 31 ausgebildet und auf den Teilkörpern gegeneinander versetzt angeordnet. Dadurch greifen die Lamellen 420 beim Zusammenfügen der Teilkörper 41 des Dichtstoffformkörpers 40 ineinander und verschließen diesen.
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Der korrespondierende Teilkörper 41 weist senkrecht zu einer Abdichtkante 440 zwei erste Ausnehmungen 430 auf, die sich von der Unterseite des Teilkörpers 41 bis zu der Abdichtkante 440 erstrecken. Im oberen Teil sind die ersten Ausnehmungen 430 angepasst für die Zuleitungen 31 ausgebildet. Im unteren Teil des Teilkörpers 41 sind die ersten Ausnehmungen 430 in Form der Kontakteinrichtungen 32 ausgebildet. Die ersten Ausnehmungen 430 weisen zudem die Form der wellenförmigen Kupplung 323, die darunterliegende flache scheibenförmige weitere Positioniereinrichtung 322 und den zylinderförmigen Kontaktstift auf. Die ersten Ausnehmungen 430 können jede für sich grundsätzlich beliebig und für verschiedenartige Steckverbinder 30 ausgelegt sein.
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Zusätzlich ist im unteren Teil des Teilkörpers 41 eine Rastnase 45 angeordnet. Diese ist zylinderförmig mit umlaufenden Lamellen, aus dem gleichen Material wie der Dichtstoffformkörper 40 ausgebildet und senkrecht zur Abdichtkante 440 angeordnet. Im korrespondierenden Teilkörper 41 ist eine zugehörige Einrastausnehmung 46 angeordnet. Durch diese Einrastfunktion werden die beiden Teilkörper 41 zusätzlich im zusammengefügten Zustand zusammengehalten.
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Die beiden Teilkörper 41 sind über eine elastische Lasche 42 miteinander verbunden. Die Lasche 42 ist als Steg ausgebildet, der an der Oberseite des Dichtstoffformkörpers 40 mittig zur Abdichtkante 440 angeordnet ist. Für eine bessere Zusammenklappbarkeit weist die Lasche 42 mittig eine Ausdünnung des Materials auf.
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Der Dichtstoffformkörper 40 weist zwei halbkreisförmige weitere Laschen 43 auf, die ebenfalls auf der Oberseite, längsseitig am Randbereich der Teilkörper parallel zur Abdichtkante 440 angeordnet sind. Dadurch kann die Verbindungseinrichtung 10 anhand der beiden weiteren Laschen 43 leicht aus dem Gehäuse entfernt bzw. eingesteckt werden. Die weiteren Laschen 43 können aber auch in einer anderen Geometrie ausgebildet sein.
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2 zeigt eine dreidimensionale Darstellung einer erfindungsgemäßen Verbindungseinrichtung 10, die zwei Steckverbinder 30 mit ihren beiden Zuleitungen 31 mit angeschlossenen Kontakteinrichtungen 32 und einen Dichtstoffformkörper 40 aufweist. Der Dichtstoffformkörper 40 weist, wie bereits in 1 beschrieben, auf der Oberseite eine Lasche 42 zur Verbindung der beiden Teilkörper 41 und halbkreisförmige weitere Laschen 43 auf. Der obere Teil des Dichtstoffformkörpers 40 ist in Form eines Quaders mit abgerundeten Ecken an den gegenüberliegenden Breitseiten ausgebildet. Unter diesem oberen Teil sind umlaufende Lamellen 410 an der Außenseite der Teilkörper 41 angeordnet. Diese Lamellen 410 sind flach ausgebildet und in zwei Reihen übereinander angeordnet.
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Der untere Teil des Dichtstoffformkörpers 40 ist ebenfalls als Quader ausgelegt, der an den Breitseiten stufenförmig abgeschrägt ist. Zudem ist der untere Teil durch eine kleine, mittig positionierte rechteckige Aussparung mit einer Abschrägung zur Unterseite des Dichtstoffformkörpers 40 hin ausgebildet. Durch die stufenförmige Abschrägung werden Anschlagkanten 44 an den Breitseiten der Teilkörper 41 geformt, die das Durchrutschen der Verbindungseinrichtung 10 durch das Gehäuse 20 (vgl. 4) verhindern.
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Aus dem unteren Teil des Dichtstoffformkörpers 40 ragen senkrecht zur Abdichtkante 440 durch die ersten Ausnehmungen 430 die Kontakteinrichtungen 32 mit einer Positioniereinrichtung 321, die nach dem Einsetzen der Verbindungseinrichtung 10 ins Gehäuse 20 (vgl. 3 und 4) mit einer zugehörigen Steckerbuchse verbunden werden. Zwischen den halbkreisförmigen weiteren Laschen 43 ragen mittig durch eine Aussparung längsseitig der Abdichtkante 440 des Dichtstoffformkörpers 40 zwei Zuleitungen 31, die als elektrischer Leiter oder Lichtwellenleiter ausgebildet sind. Durch die Positionierung zwischen den weiteren Laschen 43 können die Zuleitungen 31 durch das Zusammendrücken der weiteren Laschen 43 beim Entfernen oder Einstecken des Dichtstoffformkörpers 40 festgehalten werden und ein Verrutschen wird verhindert.
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3 zeigt in dreidimensionaler Darstellung eine erfindungsgemäße Verbindungseinrichtung 10 mit integriertem Steckverbindern 30 und einem Gehäuse 20. Das Gehäuse 20 ist einstückig in Form eines Quaders mit domartig herausragendem oberen Teil und mit abgerundeten Ecken an den gegenüberliegenden Breitseiten ausgebildet. Der Dichtstoffformkörper 40 ist einstückig aus zwei zueinander korrespondieren zusammengefügten Teilkörpern 41 ausgebildet.
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Eine Abdichtkante 440 der zusammengefügten Teilkörper 41 liegt parallel zu den Längsseiten des Gehäuses 20. Beide Teilkörper 41 sind durch eine verbiegbare Lasche 42 verbunden, die seitlich auf der Oberseite des Dichtstoffformkörpers 40 angeordnet ist. Dadurch ist ein problemloses Einstecken der Verbindungseinrichtung 10 in das Gehäuse 20 möglich, da die Lasche 42 durch ihre Positionierung oberhalb des Gehäuses 20 angeordnet ist.
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4 zeigt eine Schnittdarstellung der Verbindungseinrichtung 10 mit einem Gehäuse 20 gemäß der 3. Der Dichtstoffformkörper 40 ist in zusammengefügtem Zustand mit eingesetztem Steckverbindern 30 dargestellt. Das Gehäuse 20 weist eine zweite Ausnehmung 21 auf, in die der Dichtstoffformkörper 40 eingesetzt wird. Die zweite Ausnehmung 21 weist zwei Widerlager 22 auf, auf denen die Anschlagkanten 44 der Teilkörper 41 aufliegen. Zusätzlich dichten die Lamellen 410 zum Gehäuse 20 hin ab.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Verbindungseinrichtung
- 20
- Gehäuse
- 21
- zweite Ausnehmung
- 22
- Widerlager
- 30
- Steckverbinder
- 31
- Zuleitung von 30
- 32
- Kontakteinrichtung von 30
- 321
- Positioniereinrichtung
- 322
- weitere Positioniereinrichtung
- 323
- Kupplung
- 40
- Dichtstoffformkörper
- 41
- Teilkörper
- 410
- erste Lamelle
- 420
- zweite Lamelle
- 430
- erste Ausnehmung
- 440
- Abdichtkante
- 42
- verbiegbare Lasche
- 43
- weitere Lasche
- 44
- Anschlagkante
- 45
- Rastnase
- 46
- Einrastausnehmung
