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Die vorliegende Erfindung betrifft einen wasserdichten Schraubkontakt zur Kontaktierung einer elektrischen oder elektronischen Vorrichtung.
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Bekanntermaßen existieren zur elektrischen Kontaktierung einer elektrischen oder elektronischen Vorrichtung (bspw. elektrische Maschine, Messvorrichtung, Beleuchtungseinrichtung, Primär- oder Sekundär-Batterie, etc.) mittels eines elektrischen Leiters verschiedene technische Lösungen, die eine form-, kraft- und/oder stoffschlüssige Verbindung zwischen der Vorrichtung und dem elektrischen Leiter ermöglichen bzw. herstellen.
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Eine der elektrischen Vorrichtungen, an die zu ihrer Verwendung elektrische Leiter angeschlossen werden müssen, stellen Primär- oder Sekundär-Batterien dar. Im Bereich der Fahrzeugtechnik kamen und kommen in den vergangenen Jahren vermehrt sogenannte Hochvolt-Batterien zum Einsatz, die als Traktionsbatterien zur Stromversorgung für die in (auch) elektromotorisch antreibbaren Fahrzeugen (Elektrofahrzeuge, Hybrid-Fahrzeuge) vorhandenen Elektromotoren verwendet werden.
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Bei Traktionsbatterien mit einer hohen elektrischen Spannung (bspw. 400 V oder höher) können die vergleichsweise hohen Leistungsanforderungen der Elektromotoren mit vergleichsweise kleinen Gleichströmen und Leiterquerschnitten realisiert werden.
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Wird für ein (auch) elektromotorisch angetriebenes Fahrzeug jedoch eine Traktionsbatterie mit einer niedrigeren Spannung als die oben erwähnte verwendet, bspw. eine Spannung von 48 V, ergeben sich bei einer Systemleistung im kW-Bereich (bspw. 10, 15 oder 20 kW) naturgemäß vergleichsweise hohe Gleichströme.
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Für derartige Ströme, insbesondere wenn bei Verwendung der Batterie auch mit hohen thermischen und/oder mechanischen Beanspruchungen zu rechnen ist, gibt es im Stand der Technik keine kostengünstigen Lösungen zum elektrischen Anschluss der Pole der Batterie sowie der elektrischen Anschlüsse von elektrischen oder elektronischen Vorrichtungen mit elektrischen Leitern, sofern strenge Anforderungen an die Dichtigkeit und eine an kurze Montagezeitdauer gestellt werden.
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Mit aus dem Stand der Technik bekannten, steckbaren Hochstromkontaktierungen (bspw. Radsok®; Amphenol-Tuchel Electronics GmbH) können zwar geringe Montagekosten realisiert werden, diese Art der Steckkontaktierung benötigt aber vergleichsweise viel Bauraum. Auch weisen aus dem Stand der Technik bekannte Lösungen oftmals einen vergleichsweise komplexen Aufbau auf, was Bedenken in Bezug auf deren Langzeitzuverlässigkeit auslöst.
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Die
US Vorrichtung 2005/0153586 A1 beschreibt eine Vorrichtung zur elektrischen Verbindung, die dazu bestimmt ist, einen Metallisierungspunkt auf einer Halterung herzustellen, wobei die Halterung zwei elektrisch leitende und im wesentlichen einander gegenüberliegende Halterungsseiten aufweist, und die Halterung von einem Halterungsloch durchsetzt ist, das in jede der Halterungsseiten mündet. Die Vorrichtung umfasst weiter zwei elektrisch leitende Kontaktteile, die jeweils einen Umfangsabschnitt und einen zentralen Abschnitt aufweisen und jeweils eine erste und eine zweite Seite aufweisen, die im Wesentlichen einander entgegengesetzt sind, sowie zwei Dichtungen, die jeweils im Betrieb dazu bestimmt sind, zwischen der Umfangsseite des einen oder anderen Kontaktteils und der einen oder der anderen der Halterungsseiten komprimiert zu werden.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine preiswerte, zuverlässige und wasserdichte Einrichtung zur elektrischen Verbindung eines elektrischen Leiters mit einem Anschluss einer elektrischen oder elektronischen Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, mit dem Nachteile des Stands der Technik überwunden werden können.
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Erfindungsgemäß wird eine Einrichtung zur wasserdichten elektrischen Kontaktierung eines elektrischen Leiters an ein Anschlussteil einer elektrischen oder elektronischen Vorrichtung vorgeschlagen, wobei an einem Ende des elektrischen Leiters ein Kabelschuh mit einer Kontaktzunge mit einer ersten und einer zweiten, einander im Wesentlichen gegenüberliegenden Oberfläche befestigt ist.
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Die Einrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass eine vorgebbare Länge des Endes des elektrischen Leiters vollständig und der Kabelschuh teilweise von einem wasserfesten Material umgeben ist, derart, dass lediglich eine Teilfläche der ersten und die zweite Oberfläche der Kontaktzunge nicht von dem wasserfesten Material umgeben ist und sich wasserfestes Material im Wesentlichen senkrecht von dem Rand der zweiten Oberfläche der Kontaktzunge in Form einer Wandung erstreckt, die Kontaktzunge einen Schraubbolzen mit einem Kopf aufweist, und die Teilfläche der ersten Oberfläche der Kontaktzunge mittels einer wasserfesten Abdeckung gegen Kontakt mit Wasser schätzbar ist.
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Durch die vorliegende Erfindung bleiben die Vorteile eines Schraubkontakts (geringe Kosten, hohe Zuverlässigkeit) erhalten und gleichzeitig wird eine kostengünstige und bauraumneutrale Lösung zur Erfüllung von Dichtigkeitsanforderungen zur Verfügung gestellt.
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Gemäß einer ersten vorteilhaften Weiterbildung der Einrichtung ist die wasserfeste Abdeckung ein erstes Dichtelement, das in das wasserfeste Material einschraubbar oder einrastbar ist.
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Gemäß einer zweiten vorteilhaften Weiterbildung der Einrichtung ist das erste Dichtelement eine Dichtkappe oder ist dadurch ausgebildet, dass wenigstens die Oberseite des Schraubbolzenkopfs mit wasserfestem Material bedeckt ist.
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Gemäß einer dritten vorteilhaften Weiterbildung der Einrichtung ist der Schraubbolzen mit Kopf als Sicherheitsschraube ausgebildet.
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Ebenso ist es von Vorteil, wenn bei der Einrichtung das wasserfeste Material Rastnasen und/oder Rasthaken aufweist.
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Die vorliegende Erfindung umfasst auch ein System aus der erfindungsgemäßen Einrichtung oder einer seiner vorteilhaften Weiterbildungen und Ausführungsformen sowie einem damit verbundenen Anschlussteil einer elektrischen oder elektronischen Vorrichtung.
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Das System ist dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische oder elektronische Vorrichtung einen Anschlussteil aufweist, dessen metallische Kontaktfläche mit der den Anschlussteil umgebenden Oberfläche der elektrischen oder elektronischen Vorrichtung im Wesentlichen fluchtet, und wobei um das Anschlussteil eine Nut vorgesehen ist, in der sich das wasserfeste Material befindet, das sich im Wesentlichen senkrecht vom Rand der zweiten Oberfläche der Kontaktzunge in Form einer Wandung erstreckt, und der Anschlussteil ein Innengewinde aufweist, in das der Schraubbolzen derart eingeschraubt ist, dass wenigstens ein Teil der Kontaktfläche des Anschlussteils und wenigstens ein Teil der zweiten Oberfläche der Kontaktzunge Kontakt zueinander aufweisen.
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Gemäß einer ersten vorteilhaften Weiterbildung des Systems ist am Boden der Nut ein zweites Dichtelement vorgesehen.
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Gemäß einer zweiten vorteilhaften Weiterbildung des Systems erstrecken sich von der Oberfläche der elektrischen oder elektronischen Vorrichtung Rasthaken, die zur Realisierung einer Zugentlastung mit Rastnasen des wasserfesten Materials im Eingriff stehen.
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Die vorliegende Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert.
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Dabei zeigen:
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1: eine schematische Seiten-/Schnittansicht einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einrichtung;
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2: eine schematische Drauf-/Schnittansicht der ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einrichtung;
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3 eine schematische Seiten-/Schnittansicht einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einrichtung;
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4 eine schematische Drauf-/Schnittansicht der zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einrichtung;
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5 eine schematische Draufsicht auf eine elektrische oder elektronische Vorrichtung mit einem Anschlussteil.
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Die Darstellungen in den Figuren sind rein schematisch und nicht maßstabsgerecht. Innerhalb der Figuren sind gleiche oder ähnliche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Die nachfolgend erläuterten Ausführungsbeispiele stellen bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dar. Die vorliegende Erfindung ist selbstverständlich nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt.
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In den 1 und 4 sind Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Systems 1 dargestellt. Diese Darstellungen sollen jedoch auch zur Erläuterung der erfindungsgemäßen Einrichtung dienen.
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Wie in den 1 und 4 schematisch dargestellt ist, weist die Einrichtung zur wasserdichten elektrischen Kontaktierung eines elektrischen Leiters 2 an ein Anschlussteil 3 einer elektrischen oder elektronischen Vorrichtung 4 an einem Ende des elektrischen Leiters 2 einen Kabelschuh 5 mit einer Kontaktzunge 6 mit einer ersten 7 und einer zweiten 8, einander im Wesentlichen gegenüberliegenden Oberfläche auf, wobei der Kabelschuh 5 am Ende des elektrischen Leiters 2 befestigt ist.
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Die Einrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass eine vorgebbare Länge des Endes des elektrischen Leiters 2 vollständig und der Kabelschuh 5 teilweise von einem wasserfesten Material 9 umgeben ist, derart, dass lediglich eine Teilfläche der ersten 7 und die zweite 8 Oberfläche der Kontaktzunge 6 nicht von dem wasserfesten Material 9 umgeben ist und sich wasserfestes Material 9 im Wesentlichen senkrecht von dem Rand der zweiten Oberfläche 8 der Kontaktzunge 6 in Form einer Wandung 10 erstreckt, die Kontaktzunge 6 einen Schraubbolzen 11 mit einem Kopf aufweist, und die Teilfläche der ersten Oberfläche 7 der Kontaktzunge 6 mittels einer wasserfesten Abdeckung gegen Kontakt mit Wasser schätzbar ist.
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Die wasserfeste Abdeckung der Einrichtung ist in vorteilhafter Weise ein erstes Dichtelement, das in das wasserfeste Material 9 einschraubbar oder einrastbar ist. Gemäß der in den 1 und 2 dargestellten ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einrichtung kann das erste Dichtelement beispielsweise in Form einer Dichtkappe 12 ausgebildet sein. Diese Dichtkappe 12 kann, wie in 1 ebenfalls schematisch dargestellt ist, entweder ein Außengewinde oder Verrastungsnasen aufweisen. Hierdurch kann die Dichtkappe 12 entweder in ein in dem wasserfesten Material 9 vorgesehenes Innengewinde eingeschraubt oder in den Verrastungsnasen entgegen ausgebildeten Rasthaken 18 bei dem wasserfesten Material 9 eingerastert werden. Auch kann, wie in den 1 und 2 schematisch dargestellt ist, die Dichtkappe 12 durch eine dünne, faden- oder drahtförmige Struktur mit dem wasserfesten Material 9 verbunden sein, so dass die Dichtkappe 12 mit der Einrichtung eine unverlierbare Einheit bildet.
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In den 3 und 4 ist eine weitere Ausführungsform der Einrichtung dargestellt, bei der das erste Dichtelement dadurch ausgebildet ist, dass wenigstens die Oberseite des Schraubbolzenkopfs 13 mit wasserfestem Material 9 bedeckt ist. Durch einen derart umhüllten Schraubbolzen 11 ergibt sich der Vorteil, dass der Schraubvorgang und die Abdichtung in einem Arbeitsgang ermöglicht werden.
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Eine besonders zuverlässige Abdichtung ergibt sich hierbei, wie in 3 schematisch dargestellt ist, wenn das wasserfeste Material 9 in dem Bereich, in dem der Schraubbolzen 11 zur Befestigung an einen Anschlussteil 3 einer elektrischen oder elektronischen Vorrichtung 4 gedreht werden muss, ein Innengewinde und das wenigstens die Oberseite des Schraubbolzenkopfs 13 bedeckende wasserfeste Material 9 ein dazu passendes Außengewinde aufweist, so dass eine formschlüssige Verbindung zwischen wasserfestem Material 9 und dem die Oberseite des Schraubbolzenkopfs 13 bedeckenden wasserfesten Material 9 ermöglich ist.
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Wie in den 1 und 3 schematisch dargestellt ist, erstreckt sich bei der erfindungsgemäßen Einrichtung wasserfestes Material 9 im Wesentlichen senkrecht von dem Rand der zweiten Oberfläche 8 (d. h. von außerhalb der zweiten Oberfläche 8) der Kontaktzunge 6 in Form einer Wandung 10. Die Höhe, Dicke und Form der Wandung 10 unterliegt grundsätzlich keinen Beschränkungen, wird jedoch in Abhängigkeit von den geometrischen Abmessungen der Nut 15 bestimmt, in die die Wandung 10 möglichst formschlüssig passen soll.
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Das wasserfeste Material 9 ist nicht besonders beschränkt und es kann jedes geeignete Material 9 verwendet werden. Das wasserfeste Material 9 kann beispielsweise ein thermoplastisches oder duroplastisches Kunststoffmaterial sein, ein gummiartiges Material, etc. Ob ein wasserfestes Material 9 dazu geeignet ist, eine ausreichend „wasserdichte” und „langzeitzuverlässige” Einrichtung auszubilden, kann von einem Fachmann durch geeignete Versuche ermittelt werden. Soweit in der vorliegenden Anmeldung von „wasserfest” oder einem „Schutz gegen Wasser” gesprochen wird, ist damit – je nach Anforderungsprofil – gegebenenfalls auch ein Schutz gegen Luftfeuchtigkeit zu verstehen und nicht nur ein Schutz gegen flüssiges Wasser.
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Die teilweise Umhüllung von elektrischem Leiter 2 und Kabelschuh 5 mit dem wasserfesten Material 9 kann bspw. im Wege eines Spritzgussverfahrens erfolgen.
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Auch das Material des Kabelschuhs 5 mit der Kontaktzunge 6 ist nicht besonders beschränkt und es kann jedes geeignete Material hierfür, insbesondere ein elektrisch leitendes Metall oder eine elektrisch leitende Metalllegierung verwendet werden. Gleiches gilt auch für das Material des Schraubbolzens 11, dessen Kopf bspw. als Sicherheitsschraube ausgebildet sein kann. Auch können der Kabelschuh 5 und der Schraubbolzen 11 als unverlierbare Verbindung ausgeführt sein.
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Der elektrische Leiter 2 kann in dem Bereich, der nicht von dem wasserfesten Material 9 umgeben ist, eine elektrisch isolierende Umhüllung aufweisen. Die Art und Weise der Verbindung von elektrischem Leiter 2 und Kabelschuh 5 ist ebenfalls nicht besonders beschränkt und es kann jede geeignete kraft-, form- und stoffschlüssige Verbindung gewählt sein.
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Wie in den 1, 2 und 4 weiter schematisch dargestellt ist, kann das wasserfeste Material 9 der Einrichtung in vorteilhafter Weise auch Rastnasen 17 und/oder Rasthaken 18 aufweisen.
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Ein erfindungsgemäßes System 1 besteht aus einer erfindungsgemäßen Einrichtung oder einer seiner oben offenbarten vorteilhaften Weiterbildungen und Ausführungsformen sowie einem damit verbundenen Anschlussteil 3 einer elektrischen oder elektronischen Vorrichtung 4.
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Hierbei weist die elektrische oder elektronische Vorrichtung 4 einen Anschlussteil 3 auf, dessen metallische Kontaktfläche 14 mit der das Anschlussteil 3 umgebenden Oberfläche der elektrischen oder elektronischen Vorrichtung 4 im Wesentlichen fluchtet, und wobei um das Anschlussteil 3 herum eine Nut 15 vorgesehen ist, in der sich das wasserfeste Material 9 befindet, das sich im Wesentlichen senkrecht von dem Rand der zweiten Oberfläche 8 der Kontaktzunge 6 in Form einer Wandung 10 erstreckt.
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Der Anschlussteil 3 weist ein (nicht dargestelltes) Innengewinde auf, in das der Schraubbolzen 11 derart eingeschraubt ist, dass wenigstens ein Teil der metallischen Kontaktfläche 14 des Anschlussteils 3 und wenigstens ein Teil der zweiten 8 Oberfläche der Kontaktzunge 6 Kontakt zueinander aufweisen. Das Innengewinde des Anschlussteils 3 kann entweder in dem Material des Anschlussteils 3 selbst ausgebildet sein, der Anschlussteil 3 kann aber auch einen geeignet ausgebildeten Hohlraum aufweisen, in dem eine Mutter mit einem zum Außengewinde des Schraubbolzens 11 korrespondierenden Innengewinde angeordnet ist.
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In vorteilhafter Weise weist das erfindungsgemäße System 1 am Boden der Nut 15 weiter ein zweites Dichtelement 16 auf, das bspw. in Form eines (elastischen) O-Ring ausgebildet sein kann. Bei der Montage der Einrichtung, d. h. wenn der Schraubbolzen 11 in das Innengewinde des Anschlussteils 3 geschraubt wird, taucht die Wandung 10 in die Nut 15 ein und wird das zweite Dichtelement 16 auf den Boden der Nut 15 gedrückt, so dass eine (weitere) Dichtfläche zwischen der Einrichtung und der Vorrichtung 4 ausgebildet wird.
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Zur Ausbildung einer Zugentlastung können weiter sich von der Oberfläche der elektrischen oder elektronischen Vorrichtung 4 erstreckende Rasthaken 18 vorgesehen sein, die im Eingriff mit Rastnasen 17 des wasserfesten Materials 9 stehen. Die Rasthaken 18 können bspw. in das Gehäuse/die Wandung der elektrischen oder elektronischen Vorrichtung 4 integriert oder an deren Gehäuse/Wandung angeschraubt sein. Selbstverständlich kann eine Zugentlastung auch auf jede andere, einem Fachmann bekannte Art und Weise realisiert werden.
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Bei dem erfindungsgemäßen System 1 ist die elektrische oder elektronische Vorrichtung 4 nicht besonders beschränkt und es kann sich bspw. um eine elektrische Maschine, Messvorrichtung, Beleuchtungseinrichtung, Primär- oder Sekundär-Batterie (Gleichstromkreis), ein Steuergerät, etc. handeln.
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Zusammenfassend kann man festhalten, dass durch die vorliegende Erfindung ein wasserdichter Schraubkontakt zur Kontaktierung einer elektrischen oder elektronischen Vorrichtung 4 zur Verfügung gestellt wird. Hierbei kann ein elektrischer Leiter (Kabel) 2 und ein Kabelschuh 5 teilweise mit einem wasserfesten Material 9 umspritzt sein und der Schraubbolzen (Schraube) 11 und Kabelschuh 5 als unverlierbare Verbindung ausgebildet sein. Die Form des wasserfesten Materials 9 ist dabei so ausgeführt, dass bei Montage der Einrichtung eine Wandung 10 aus dem Material 9 passend in das Gegenstück (Vertiefung, Nut 15) auf Seite der elektrischen oder elektronischen Vorrichtung 4 und auf einen dort in vorteilhafter Weise vorhandenen O-Ring 16 gepresst wird, so dass eine Dichtebene zwischen der elektrischen oder elektronischen Vorrichtung 4 und dem umspritzten Kabelschuh 5 entsteht. Die Abdichtung der Schrauböffnung erfolgt mit Hilfe einer Dichtigkeitskappe (bspw. mit Verrastungsnasen) oder auf Grundlage eines umspritzten Schraubbolzenkopfs 13. Bei letzterer Ausführungsform werden der Schraubvorgang und die Abdichtung in nur einem Arbeitsgang ermöglicht. Um die Zugentlastung zu realisieren, können in der Kabelschuh-Umhüllung (Umspritzung) Rastnasen 17 integriert sein, welche beim Montieren mit auf Seite der elektrischen oder elektronischen Vorrichtung 4 vorgesehenen, integrierten oder angeschraubten Rasthacken verriegeln.
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Der erfindungsgemäße Schraubkontakt ist hochstromtauglich, gewährleistet Dichtigkeit und Langzeitzuverlässigkeit, ist kostengünstig und bauraumneutral.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- System
- 2
- elektrischer Leiter
- 3
- Anschlussteil einer elektrischen oder elektronischen Vorrichtung
- 4
- elektrische oder elektronische Vorrichtung
- 5
- Kabelschuh
- 6
- Kontaktzunge
- 7
- erste Oberfläche
- 8
- zweite Oberfläche
- 9
- wasserfestes Material
- 10
- Wandung
- 11
- Schraubbolzen
- 12
- Dichtkappe
- 13
- Oberseite des Schraubbolzenkopfs
- 14
- Kontaktfläche
- 15
- Nut
- 16
- zweites Dichtelement
- 17
- Rastnase
- 18
- Rasthaken
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2005/0153586 A1 [0008]
