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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft eine Verbindungsanordnung zwischen einem bandförmigen Stromführungselement einer Solarzelleneinheit und einem mit dem Stromführungselement verbundenen Anschlusselement nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung eine Solarerzeugungseinheit unter Verwendung einer erfindungsgemäßen Verbindungsanordnung.
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Eine Verbindungsanordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist aus dem
DE 20 2010 005 210 U1 bekannt. Die aus der genannten Schrift bekannte Verbindungsanordnung wird bei einem Photovoltaikmodul verwendet und weist bandförmige, ebene Stromführungselemente auf, die im Bereich eines der elektrischen Kontaktierung des Photovoltaikmoduls dienenden Steuergerätegehäuses angeordnet sind. In dem Gehäuse sind insbesondere elektrische bzw. elektronische Bauelemente in Form von Freilauf- bzw. Bypassdioden angeordnet, die einen Stromrückfluss in das Photovoltaikmodul verhindern. Die elektrische Kontaktierung zwischen den Enden der Stromführungselemente und den mittelbar mit Stromkabeln verbundenen Anschlusselementen erfolgt durch eine Klemmverbindung mittels dort sogenannter Kontaktstreifen, die durch Andrücken an den Stromführungselementen für die elektrische Verbindung sorgen. Die als Federelement wirkenden Kontaktstreifen sind starr an dem Gehäuse angeordnet bzw. befestigt, wobei das Gehäuse ebenfalls starr mit dem Photovoltaikmodul bzw. der Solarzelleneinheit verbunden ist. Eine derartige Ausbildung der Verbindungsanordnung ist insofern nachteilhaft, als dass es durch Temperaturwechseleinflüsse zu Relativbewegungen zwischen den Kontaktstreifen und den Stromführungselementen im Bereich der Kontaktflächen kommen kann. Diese Relativbewegungen können im Bereich der elektrischen Verbindung zur Reibkorrosion führen. Darüber hinaus können Bauteiltoleranzen zwischen den einzelnen Bauteilen aufgrund der starren bzw. unflexiblen Befestigung des Gehäuses an der Oberfläche des Solarpanels nur unzureichend ausgeglichen werden. Auch ist ein relativ hoher Montageaufwand erforderlich, um die gewünschte Verbindungsanordnung herzustellen.
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Offenbarung der Erfindung
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Ausgehend von dargestellten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Verbindungsanordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 derart weiterzubilden, dass einerseits Bauteiletoleranzen bei der Montage der Verbindungsanordnung besonders einfach ausgeglichen werden können, und dass andererseits auch bei Temperaturwechseln stets eine sichere und zuverlässige elektrische Kontaktierung der Stromführungselemente ohne die Gefahr des Auftretens von Reibkorrosion ermöglicht wird. Weiterhin soll eine möglichst einfache und fehlerfreie, ggf. automatisierbare Montage der Verbindungsanordnung ermöglicht werden.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer Verbindungsanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 dadurch gelöst, dass das Stromführungselement an einer schwimmend gelagerten Anschlusseinrichtung befestigt ist. Durch die schwimmende Lagerung der Anschlusseinrichtung lassen sich zum einen die zwischen dem Stromführungselement und dem Anschlusselement ggf. vorhandenen Bauteiletoleranzen besonders einfach ausgleichen, so dass eine besonders einfache und fehlerfreie Montage der Verbindungsanordnung ermöglicht wird, und zum anderen wird eine Relativbewegung zwischen dem mit der Anschlusseinrichtung verbundenen Stromführungselement und dem Anschlusselement erzielt, so dass die der Stromübertragung dienenden Kontaktflächen zwischen dem Stromführungselement und dem Anschlusselement stets ortsfest zueinander angeordnet sind, d.h. keine Relativbewegung zueinander aufweisen.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Verbindungsanordnung sind in den Unteransprüchen angeführt.
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Eine fertigungstechnisch bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung, bei der eine zuverlässige Kontaktierung des Stromführungselements an dem Anschlusselement erzielt wird, sieht vor, dass die Anschlusseinrichtung einen Fortsatz aufweist, an den das Stromführungselement zumindest bereichsweise anliegt, und dass der Fortsatz in eine Ausnehmung am Anschlusselement hineinragt, derart, dass das Stromführungselement in der Ausnehmung zumindest bereichsweise anliegt.
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Eine besonders einfache Montage bzw. elektrische Kontaktierung lässt sich erzielen, wenn die Ausnehmung eine erste Längsachse aufweist, die mit einer zweiten Längsachse des Fortsatzes fluchtet, und wenn die erste Ausnehmung an einem Bauteil (Leiterplatte) ausgebildet ist, das zumindest mittelbar mit dem Solarpanel bzw. der Solarzelleneinheit verbunden ist und dazu ausgebildet ist, in einer parallel zu den beiden Längsachsen verlaufenden Montagerichtung mit dem Solarpanel bzw. der Solarzelleneinheit verbunden zu werden. Dadurch wird es ermöglicht, dass bei der Montage des der elektrischen Kontaktierung dienenden Bauteils an dem Solarpanel bzw. der Solarzelleneinheit gleichzeitig die elektrische Kontaktierung zum Stromführungselement hergestellt wird.
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Zur Erzielung der erfindungsgemäßen schwimmenden Lagerung ist es bevorzugt vorgesehen, dass der Fortsatz in Richtung der zweiten Längsachse und/oder in einer senkrecht zur zweiten Längsachse verlaufenden Ebene schwimmend gelagert ist.
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In konstruktiv besonders bevorzugter Ausgestaltung der Verbindungsanordnung ist es vorgesehen, dass der Fortsatz an einem insbesondere plattenförmigen Element befestigt ist, das entweder unmittelbar an einer Oberfläche der Solarzelleneinheit, oder mittels einer Halteeinrichtung an der Solarzelleneinheit befestigt ist, wobei die Befestigung vorzugsweise über wenigstens eine Klebeverbindung erfolgt. Durch die Wahl des entsprechenden Klebers, d.h. dessen Elastizität sowie Dicke lässt sich in besonders einfacher Art und Weise die erforderliche schwimmende Lagerung des Anschlusselements einstellen bzw. erzielen.
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Der Montage- bzw. Fertigungsprozess der Verbindungsanordnung wird darüber hinaus erleichtert, wenn an der Anschlusseinrichtung Fixierelemente zur Fixierung des Stromführungselements angeordnet sind. Ein derartiges Fixierelement kann beispielsweise als dornartiger Fortsatz an der Anschlusseinrichtung ausgebildet sein, der entweder eine bereits an dem Stromführungselement vorgesehen Öffnung durchdringt und dadurch das Stromführungselement zur Anschlusseinrichtung fixiert, oder die angesprochene Öffnung erst beim in Kontaktbringen des Stromführungselements mit den Fixierelementen erzeugt werden. In beiden Fällen wird das Stromführungselement an der Anschlusseinrichtung fixiert bzw. positioniert, so dass bei dem Montageprozess eine lagerichtige Anordnung bzw. Ausrichtung des Stromführungselements zu seinem Gegenelement, zum Beispiel zur Ausnehmung in der Leiterplatte, erzielt wird.
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In weiterer bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass das Anschlusselement an einer Leiterplatte ausgebildet ist, und dass die Ausnehmung eine Durchgangsöffnung in der Leiterplatte ist, die mit einer elektrisch leitenden Kontaktfläche bzw. Beschichtung, insbesondere einer Zinkschicht, versehen ist.
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Bei Verwendung einer Leiterplatte kann es darüber hinaus vorgesehen sein, dass die Leiterplatte in einem Gehäuse angeordnet ist, und dass das Gehäuse vorzugsweise durch eine Rastverbindung mit einer Halteeinrichtung verbunden ist, wobei zwischen der Halteeinrichtung und dem Gehäuse wenigstens ein Dichtelement zur Abdichtung des Gehäuses zur Halteeinrichtung angeordnet ist. Eine derartige Ausbildung weist mehrere Vorteile auf: Zum einen wird die Montage des Gehäuses durch die Rastverbindung vereinfacht, derart, dass keine zusätzlichen Befestigungselemente vorgesehen sein müssen, die insbesondere eine aufwändige Montage, wie beispielsweise bei der Verwendung von Schrauben, erfordern. Zum zweiten kann die Halteeinrichtung als Bestandteil des Gehäuses gesehen werden, das in Kombination mit dem Dichtelement das Gehäuse vollständig abdichtet, um insbesondere das Eindringen von Feuchtigkeit in das Gehäuse zu verhindern. Eine derartige Ausbildung ermöglicht es, das Gehäuse besonders einfach auszubilden, da dieses beispielsweise zur Halteeinrichtung hin eine offene Stirnseite aufweisen kann, die dann von der Halteeinrichtung verschlossen wird.
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Zur Ausbildung der Klemmverbindung zwischen dem Anschlusselement und dem Stromführungselement ist es vorgesehen, dass am Fortsatz der Anschlusseinrichtung oder im Bereich der Ausnehmung ein Klemmelement angeordnet ist, das in Anlage mit dem Stromführungselement angeordnet ist.
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Zuletzt umfasst die Erfindung auch eine Stromerzeugungseinheit, umfassend eine Solarzelleneinheit mit einer erfindungsgemäßen Verbindungsanordnung und ein mit der Solarzelleneinheit verbundenes Steuergerät. Eine derartige Einheit weist sämtliche, zur elektrischen Kontaktierung der Stromerzeugungseinheit erforderlichen Bauteile auf, und kann besonders einfach und kostengünstig gefertigt werden und arbeitet durch die erfindungsgemäße Verbindungsanordnung besonders zuverlässig, auch bei Temperaturwechseln.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung.
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Diese zeigt in:
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1 einen Teilbereich eines Solarpanels mit darauf angeordneter Halteeinrichtung in Draufsicht,
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2 einen Teilbereich der Anordnung gemäß 1 vor dem Befestigen eines bandförmigen Stromführungselements an einem Anschlusselement im Längsschnitt,
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3 den Teilbereich gemäß 2, nachdem eine Leiterplatte mit dem Anschlusselement in Kontakt gebracht wurde, ebenfalls im Längsschnitt und
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4 und 5 ein gegenüber 3 abgewandeltes Ausführungsbeispiel, bei dem ein Steuergerät mit dem Solarpanel verbunden wird, vor und nach dem Verbinden mit dem Solarpanel, jeweils im Längsschnitt.
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Gleiche Elemente bzw. Elemente mit gleicher Funktion sind in den Figuren mit den gleichen Bezugsziffern versehen.
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In den 1 bis 3 sind die Bestandteile einer erfindungsgemäßen Verbindungsanordnung 100 zwischen wenigstens einem bandförmigen Stromführungselement 1 eines als Solarzelleneinheit ausgebildeten Solarpanels 10 und einem mit dem Stromführungselement 1 verbundenen Anschlusselement 15 in Form einer Leiterplatte 16 dargestellt. Bei dem Solarpanel 10 handelt es sich insbesondere, jedoch nicht einschränkend, um eine Anordnung aus einer Vielzahl von elektrisch in Reihe oder parallel geschalteten Solarzellen, die zu einer Einheit in Form des Solarpanels 10 verbunden sind, wobei das Solarpanel 10 wiederum mit nicht dargestellten Stromkabeln zumindest mittelbar verbunden ist, über die die von dem Solarpanel 10 erzeugte elektrische Energie beispielsweise einem Verbraucher zugeführt wird. Die elektrische Kontaktierung des Solarpanels 10 bzw. deren Solarzellen erfolgt beispielhaft mittels vier Stromführungselementen 1, die im dargestellten Ausführungsbeispiel jeweils identisch ausgebildet sind.
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Bei dem Stromführungselement 1 handelt es sich um ein im Querschnitt rechteckförmiges Kupferband, das insbesondere zumindest auf einer Seite mit einer Verzinnung oder einer ähnlichen Beschichtung versehen ist. Der Querschnitt bzw. das Material des Stromführungselements 1 ist derart, dass sich dieses relativ leicht plastisch verformen lässt.
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Die Verbindungsanordnung 100 umfasst eine plattenförmige Halteeinrichtung 20, die bevorzugt als Kunststoffspritzgussteil ausgebildet ist. Die Halteeinrichtung 20 ist auf einer beispielsweise an der Unterseite des Solarpanels 10 angeordneten Oberfläche 21 des Solarpanels 10 montiert, vorzugsweise durch eine Klebeverbindung. Die Halteeinrichtung 20 dient der Aufnahme bzw. Befestigung einer an der Oberseite der Halteeinrichtung 20 angeordneten Anschlusseinrichtung 22. Die Anschlusseinrichtung 22 dient wiederum der Befestigung jeweils eines Teilabschnitts der Stromführungselemente 1. Die Anschlusseinrichtung 22, die beispielhaft, jedoch nicht einschränkend, ebenfalls als Kunststoffspritzgussteil ausgebildet ist, weist eine in Draufsicht rechteckförmige Grundplatte 23 auf, von der rechtwinklig für jedes der Stromführungselemente 1 ein einen rechteckförmigen Querschnitt aufweisender Fortsatz 24 absteht. In etwa in der halben Höhe des Fortsatzes 24 weist dieser ein von dem Fortsatz 24 abstehendes, ebenfalls ein rechteckförmigen Querschnitt aufweisendes elastisch verformbares Federelement 25 auf, das beispielsweise beim Fertigen der Anschlusseinrichtung 22 durch eine entsprechende Berücksichtigung in der Form des Spritzgusswerkzeugs ausgebildet wird. Ebenso liegt es im Rahmen der Erfindung, dass das Federelement 25 ein separates Bauteil ist, das beispielsweise mit dem Fortsatz 24 auf geeignete Art und Weise verbunden ist. Darüber hinaus ist es auch denkbar, dass an dem Fortsatz 24 auf einander gegenüberliegenden Seiten jeweils ein Federelement 25 angeordnet ist.
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Beispielhaft sind an der Oberseite der in der 3 dargestellten Grundplatte 23 der Anschlusseinrichtung 22 zwei dornartige Fixierelemente 26 angeordnet, die im gleichen Abstand zum Fortsatz 24 angeordnet sind und in Analogie zum Fortsatz 24 ebenfalls senkrecht von der Grundplatte 23 abstehen. Die Anschlusseinrichtung 22 ist beispielhaft in einer an der Oberseite der Halteeinrichtung 20 ausgebildeten Aufnahme 28 mit Spiel aufgenommen. Wesentlich dabei ist, dass die Anordnung der Anschlusseinrichtung 22 bzw. der in der Aufnahme 28 angeordneten Grundplatte 23 der Anschlusseinrichtung 22 derart ist, dass die Anschlusseinrichtung 22 in Bezug zur Aufnahme 28 bzw. zur Halteeinrichtung 20 schwimmend gelagert ist. Unter einer schwimmenden Lagerung im Sinne der Erfindung wird dabei im Montageendzustand bzw. beim Betrieb des Solarpanels 10 insbesondere ein Bewegungsspiel in Richtung der Längsachse 29 des Fortsatzes 24 sowie ggf. eine Beweglichkeit in einer senkrecht zur Längsachse 29 verlaufenden Ebene des Fortsatzes 24, d.h. in der Ebene der Halteeinrichtung 20, verstanden.
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Die Stromführungselemente 1 sind durch in der Halteeinrichtung 20 ausgebildete Durchbrüche 31 hindurchgeführt und in Richtung zur Anschlusseinrichtung 22 hin zunächst in einer in etwa zur Grundplatte 23 parallelen Ebene umgebogen. Dort sind sie derart an der Grundplatte 23 sowie um den Fortsatz 24 geführt, dass sich das Stromführungselement 1 insbesondere um den Fortsatz 24 sowie das Federelement 25, ggf. mit geringem Spalt, anschmiegt. Die Fixierung bzw. Befestigung des jeweiligen Stromführungselements 1 an der Anschlusseinrichtung 22 erfolgt über die oben beschriebenen Fixierelemente 26.
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In der 2 ist der Zustand dargestellt, bei dem das bzw. die Stromführungselemente 1 noch nicht mit der Anschlusseinrichtung 22 verbunden sind. 3 zeigt den Zustand, nachdem die Stromführungselemente 1 mit der Anschlusseinrichtung 22 verbunden sind. Darüber hinaus ist die Leiterplatte 16 erkennbar, die in Ausrichtung mit dem jeweiligen Fortsatz 24 der Anschlusseinrichtung 22 jeweils eine als Durchgangsöffnung 32 ausgebildete Aufnahme aufweist, die vorzugsweise einen rechteckförmigen Querschnitt aufweist, damit das Stromführungselement 1 an der Wand der Durchgangsöffnung 32 möglichst großflächig anliegen kann. Die Durchgangsöffnung 32 ist zur Stromführung mit einer Beschichtung 33, beispielsweise einer Verzinnung ausgestattet und z.B. auf der Oberseite der Leiterplatte 16 mit nicht dargestellten elektrischen bzw. elektronischen Bauteilen, beispielsweise Freilauf- bzw. Bypassdioden verbunden. Insgesamt dienen die Beschichtungen 33 somit der Stromführung der von dem Solarpanel 10 erzeugten elektrischen Energie.
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Das Montieren der Leiterplatte 16 auf den Fortsätzen 24 erfolgt in Richtung der in der 3 durch den Pfeil 34 bezeichneten Montagerichtung, die parallel zur ersten Längsachse 29 des Fortsatzes 24 verläuft. Darüber hinaus fluchtet die Längsachse 35 der Durchgangsöffnung 32 mit der Längsachse 29 des Fortsatzes 24. Bei dem in der 3 dargestellten Endzustand der Montage der Leiterplatte 16 wird das Stromführungselement 1 durch die Federwirkung des Federelements 25 an einander gegenüberliegenden Seiten (begünstigt durch die schwimmende Lagerung der Anschlusseinrichtung 22) gegen die Durchgangsöffnung 32 in Form einer Klemmverbindung gedrückt, so dass eine elektrisch leitende Verbindung hergestellt ist.
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In den 4 und 5 ist ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, bei dem zusätzlich zum Federelement 25 im Bereich der Durchgangsöffnung 32 ein weiteres Federelement 37 angeordnet ist, das dem Anlagekontakt des Stromführungselements 1 innerhalb der Durchgangsöffnung 32 bzw. der Ausbildung der Klemmverbindung dient, um eine elektrisch leitende Verbindung herzustellen. Obwohl in den 4 und 5 die Verwendung zweier Federelemente 25, 37 vorgesehen ist, ist selbstverständlich auch eine Ausführungsform denkbar, bei dem der Fortsatz 24 kein Federelement 25 aufweist, so dass lediglich das weitere Federelement 37 vorgesehen ist. Darüber hinaus erkennt man in der Figurenfolge der 4 und 5, dass in der 4 die Anschlusseinrichtung 22 zunächst mit der Oberfläche der Halteeinrichtung 20 verbunden ist, was beispielhaft durch Klebepunkte 38 dargestellt sein soll. In der 5 ist der Zustand dargestellt, bei der die Verbindungsanordnung 100 bereits einem Temperaturwechsel ausgesetzt war, der aufgrund der unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten eine Relativbewegung zwischen der Anschlusseinrichtung 22, insbesondere dessen Grundplatte 23 zur Halteeinrichtung 20 zur Folge hatte, derart, dass nunmehr die Klebepunkte 38 aufgetrennt sind und die Anschlusseinrichtung 22 nicht mehr fixieren. Dadurch wird die erfindungswesentliche schwimmende Lagerung der Anschlusseinrichtung 22 bzw. des Stromführungselements 1 zumindest in Richtung der ersten Längsachse 29 realisiert. Selbstverständlich kann durch eine entsprechende Wahl des Klebstoffs mit entsprechender Elastizität und Dicke die gewünschte schwimmende Lagerung der Anschlusseinrichtung 22 auch ohne Aufbrechend er Klebers bei Temperaturwechseln erzielt werden. Wesentlich ist lediglich, dass keine Relativbewegung zwischen den Kontaktflächen der Stromführungselemente 1 und den Durchgangsöffnungen 32 auftritt.
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Darüber hinaus ist in den 4 und 5 erkennbar, dass die Leiterplatte 16 in einem symbolisch dargestellten Gehäuse 40 eines Steuergeräts 50 angeordnet ist, das im Bereich der Fortsätze 24 Durchgangsöffnungen 41 aufweist. Das Gehäuse 40 ist auf der Grundplatte 23 mittels in den 1, 4 und 5 erkennbaren Rasthaken 42 befestigt, die zusammen mit Vorsprüngen 43 am Gehäuse 40 eine Rastverbindung ausbilden. Zur Einstellung des richtigen Abstands des Gehäuses 40 von der Halteeinrichtung 20 weist die Halteeinrichtung 20 ein von der Oberfläche der Halteeinrichtung 20 abstehendes Distanzelement 44 in Form eines umlaufenden Stegs auf. Ferner erkennt man am Gehäuse 40 ein umlaufendes Dichtelement 45, das im Einbauzustand des Gehäuses 40 mit dem Distanzelement 44 zusammenwirkt und eine Abdichtung des Gehäuses 40 derart bewirkt, dass keine Feuchtigkeit über die Durchgangsöffnungen 41 in das Innere des Gehäuses 40 gelangen kann.
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Die soweit beschriebene Verbindungsanordnung 100 kann in vielfältiger Art und Weise abgewandelt bzw. modifiziert werden, ohne vom Erfindungsgedanken abzuweichen. So kann es alternativ oder zusätzlich zum Dichtelement 45 vorgesehen sein, dass die Halteeinrichtung 20 im Bereich des Anschlusselements 22 Dichtelemente und/oder eine Dichtgeometrie aufweist, um ein Eindringen von Feuchtigkeit in das Gehäuseinnere zu vermeiden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 202010005210 U1 [0002]
