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Stand der Technik
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Die Erfindung geht aus von einer Anordnung zur elektrischen Kontaktierung eines ersten Kontaktpartners und eines zweiten Kontaktpartners nach der Gattung des unabhängigen Patentanspruchs 1.
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Anordnungen zur elektrischen Kontaktierung von elektronischen Baugruppen sind aus dem Stand der Technik in unterschiedlichen Ausgestaltungen bekannt. Damit der elektrische Kontakt zwischen den elektronischen Baugruppen zuverlässig und sicher hergestellt wird, werden üblicherweise in Einpunkt-Druck-Kontaktsystemen Kontaktpartner verwendet, deren Kontaktelemente ebene Kontaktflächen aufweisen. Bei der Kontaktierung der Kontaktflächen der beiden Kontaktpartner besteht jedoch die Gefahr eines seitlichen Abwanderns eines Kontaktelements von dem ursprünglichen Kontaktpunkt durch Querkräfte, da keine externe Führung der Kontaktelemente besteht. Obendrein verhindern anhaftende Verunreinigungen an den Kontaktflächen der beiden Kontaktpartner eine sichere Energieübertragung und Signalübertragung.
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Aus der
DE 199 17 941 A1 ist eine Sensorbaugruppe eines Bremsgeräts bekannt, bei welcher über eine Vorrichtung zur Kontaktierung der elektrische Kontakt zwischen einer ersten als Drucksensor ausgeführten Elektronikeinheit mit einer zweiten als Steuerelektronik ausgeführten Elektronikeinheit hergestellt wird. Bei dem beschriebenen Bremsgerät wird eine Steuerelektronik zur Vereinfachung der Montage in einem über mindestens einen Drucksensor gestülpten Gehäuse untergebracht und die elektrische Verbindung zwischen der Steuerelektronik und dem Drucksensor wird bei der Montage über eine erste Kontakteinheit mit vier als Federkontaktstifte ausgeführten Kontaktelementen und eine zweite Kontakteinheit mit vier als Kontaktflächen ausgeführten Kontaktelementen selbsttätig hergestellt.
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Aus der
DE 10 2010 063 709 A1 ist eine Anordnung zur elektrischen Kontaktierung einer ersten Elektronikeinheit mit einer zweiten Elektronikeinheit bekannt, welche ein federelastisches erstes Kontaktelement und ein zweites Kontaktelement umfasst, welche als Kontaktpartner zusammenwirken. Die elektrische Kontaktierung der Kontaktelemente erfolgt in Form einer Steckverbindung, wobei das zweite Kontaktelement als sich verjüngende Ausnehmung ausgeführt ist, in welcher ein sich verjüngender Endbereich des ersten Kontaktelements so aufnehmbar ist, dass die elektrische Kontaktierung des ersten Kontaktelements in dem als Ausnehmung ausgeführten zweiten Kontaktelement an mindestens zwei Kontaktstellen erfolgt.
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Offenbarung der Erfindung
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Die erfindungsgemäße Anordnung zur elektrischen Kontaktierung eines ersten Kontaktpartners und eines zweiten Kontaktpartners mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, dass unabhängig von vorhandenen Schmutzpartikeln die elektrische Kontaktierung der beiden Kontaktelemente durch die Biegung des federelastischen ersten Kontaktelements an mindestens zwei Kontaktstellen entsteht. In vorteilhafter Weise müssen die erfindungsgemäßen Kontaktpartner nicht zwingend maßhaltig gefertigt bzw. montiert sein, um eine dauerhaft problemlose elektrische Kontaktierung sicherzustellen. Ferner gewährleistet die erfindungsgemäße Kontaktieranordnung eine sichere Übertragung der Energie und Signale zwischen den Kontaktpartnern, auch bei nicht idealen Reinheitsbedingungen, wenn beispielsweise Schmutz die Kontaktstellen verunreinigt. Ebenfalls gewährleistet die erfindungsgemäße Kontaktiervorrichtung eine kontinuierlich gute Übertragung der elektrischen Signale in einem Temperaturbereich von –40°C bis 120°C. Auf Grund der guten Temperaturbeständigkeit weist die Anordnung zur elektrischen Kontaktierung in vorteilhafter Weise eine hohe Standzeit bzw. Lebensdauer auf.
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Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stellen eine Anordnung zur elektrischen Kontaktierung eines ersten Kontaktpartners und eines zweiten Kontaktpartners mit einem federelastischen ersten Kontaktelement und einem zweiten Kontaktelement zur Verfügung. Das zweite Kontaktelement ist als sich verjüngende Ausnehmung mit einer Tiefe und einer Breite ausgeführt, in welcher ein sich verjüngender Endbereich des ersten Kontaktelements so aufnehmbar ist, dass die elektrische Kontaktierung des ersten Kontaktelements in dem als Ausnehmung ausgeführten zweiten Kontaktelement an mindestens zwei Kontaktstellen erfolgt. Erfindungsgemäß verlaufen eine erste Mittelachse des ersten Kontaktelements und eine zweite Mittelachse des zweiten Kontaktelements im Wesentlichen parallel mit einem vorgegebenen Abstand zueinander, wobei das federelastische erste Kontaktelement im aufgenommen Zustand in Richtung der zweiten Mittelachse gebogen ist.
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Der Abstand zwischen den beiden Mittelachsen ist vorzugsweise kleiner als die halbe Breite und auch kleiner als die Tiefe des als Ausnehmung ausgeführten zweiten Kontaktelements, um eine sichere Signal- und/oder Energieübertragung zwischen den Kontaktpartnern zu ermöglichen.
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Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Kontaktieranordnung können ohne große Designveränderung umgesetzt werden. Ist das als sich verjüngende Ausnehmung ausgeführte zweite Kontaktelement an einer MID-Baugruppe (MID: Molded Interconnect Device) ausgebildet, kann das zweite Kontaktelement praktisch ohne Aufwand nur durch Anpassung des Spritzwerkzeugs hergestellt werden.
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Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen und Weiterbildungen sind vorteilhafte Verbesserungen der im unabhängigen Patentanspruch 1 angegebenen Kontaktieranordnung möglich.
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In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung können sich die mindestens zwei Kontaktstellen punktförmig und/oder linienförmig und/oder flächig ausbilden. Auf Grund der erfindungsgemäßen Ausführung der Kontaktelemente findet zwischen den Kontaktpartnern an mehreren Punkten, Linien und/oder Flächen eine sichere Übertragung der Energie und Signale statt, sogar bei verschmutzten Oberflächen der Kontaktelemente. Durch diese konstruktiv vorgegebene Mehrfachkontaktierung funktionieren die Elektronikeinheiten stets zuverlässig und störungsfrei.
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Besonders vorteilhaft ist, dass das als Ausnehmung ausgeführte zweite Kontaktelement eine von der zweiten Mittelachse weg in Richtung der ersten Mittelachse um einen vorgegebenen Winkel geneigte erste Wandung aufweisen kann, welche als Einführschräge für das erste Kontaktelement wirken kann, welche in vorteilhafter Weise den Kontaktiervorgang erleichtert. Der Neigungswinkel der ersten Wandung weist vorzugsweise einen Wert im Bereich zwischen 15° und 75° auf. Durch den Neigungswinkel der ersten Wandung wird die Verformung bzw. Biegung des federelastischen ersten Kontaktelements in vorteilhafter Weise unterstützt. Zudem kann das als Ausnehmung ausgeführte zweite Kontaktelement eine von der zweiten Mittelachse weg geneigte zweite Wandung aufweisen, welche der ersten Wandung gegenüberliegt und als radialer Anschlag für das erste Kontaktelement wirken kann. Dadurch kann sich in vorteilhafter Weise der Endbereich des gebogenen ersten Kontaktelements abstützen und ein seitliches Abwandern des ersten Kontaktelements kann verhindert werden, da eventuell auftretende und auf das federelastische erste Kontaktelement einwirkende Querkräfte durch die Federkräfte des ersten Kontaktelements kompensiert werden können. Die Neigung der zweiten Wandung kann beispielsweise steiler als die Neigung der ersten Wandung ausgeführt werden. Des Weiteren kann das als Ausnehmung ausgeführte zweite Kontaktelement einen Boden aufweist, welcher als axialer Anschlag für das erste Kontaktelement wirken kann. Dadurch kann sich der Endbereich des gebogenen ersten Kontaktelements zusätzlich oder alternativ auch am Boden abstützen, so dass sich die mindestens zwei Kontaktstellen an der ersten Wandung und/oder an der zweiten Wandung und/oder am Boden ausbilden können. Sind keine Schmutzpartikel vorhanden, dann bilden sich sowohl an der ersten Wandung als auch am Boden und an der zweiten Wandung mindestens eine Kontaktstelle zwischen den beiden Kontaktelementen aus. Sind Schmutzpartikel vorhanden, dann bilden sich zumindest an der ersten Wandung und an der zweiten Wandung jeweils mindestens eine Kontaktstelle zwischen den beiden Kontaktelementen auf.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Kontaktieranordnung kann das als Ausnehmung ausgeführte zweite Kontaktelement einen trapezförmigen Querschnitt aufweisen. Weisen die gegenüberliegenden Wandungen die gleiche Neigung auf, dann ergibt sich ein symmetrischer bzw. gleichschenkliger trapezförmiger Querschnitt der Ausnehmung.
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Das federelastische erste Kontaktelement kann beispielsweise als Spiralfeder, Stift oder Hülse ausgeführt werden. Für die erfindungsgemäße Kontaktieranordnung können unterschiedliche Ausführungsformen des ersten Kontaktelements kostengünstig als Massenteile hergestellt und mit gleich guten Eigenschaften bezüglich Stromtragfähigkeit montiert werden. Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird jedoch als erstes Kontaktelement eine kostengünstige Spiralfeder mit einem sich verjüngenden Endbereich eingesetzt. Zur Verbesserung der Stromtragfähigkeit kann auf die beiden Enden der Spiralfeder ein Stift oder eine Hülse aufgesetzt sein oder das erste Kontaktelement kann auch aus anderen einem Fachmann als sinnvoll erscheinenden Kombinationen der drei Komponenten Spiralfeder, Stift oder Hülse ausgeführt sein. Das federelastische erste Kontaktelement ist vorzugsweise an einem Halteelement befestigt.
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Eine bevorzugte Realisierung der erfindungsgemäßen Kontaktieranordnung ist eine Ausführung als Druckkontaktsystem. In vorteilhafter Weise gewährleistet die erfindungsgemäße Kontaktieranordnung bei besonders engen Platzverhältnissen als auch bei verschmutzten Kontaktflächen der Kontaktelemente bauraumsparend sicher geschlossene elektrische Kontakte und damit eine sichere und zuverlässige Übertragung der Energie und Signale.
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Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. In den Zeichnungen bezeichnen gleiche Bezugszeichen Komponenten bzw. Elemente, die gleiche bzw. analoge Funktionen ausführen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Anordnung zur elektrischen Kontaktierung eines ersten Kontaktpartners und eines zweiten Kontaktpartners vor der Kontaktierung.
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2 zeigt eine schematische Schnittdarstellung des Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Anordnung zur elektrischen Kontaktierung eines ersten Kontaktpartners und eines zweiten Kontaktpartners aus 1 nach der Kontaktierung ohne Schmutzpartikel bzw. Verunreinigungen.
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3 zeigt eine schematische Detaildarstellung des Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Anordnung zur elektrischen Kontaktierung eines ersten Kontaktpartners und eines zweiten Kontaktpartners aus 1 nach der Kontaktierung mit vorhandenem Schmutzpartikel.
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Ausführungsformen der Erfindung
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1 zeigt eine erfindungsgemäße Anordnung zur elektrischen Kontaktierung eines ersten Kontaktpartners 1 und eines zweiten Kontaktpartners 3. Derartige Kontaktieranordnungen können beispielsweise zur elektrischen Kontaktierung von Elektronikeinheiten eingesetzt werden, welche beispielsweise in Systemen für Sicherheitstechnologien in einem Fahrzeug, wie beispielsweise einem Anti-Blockier-System (ABS), einem elektronischen Stabilisierungsprogramm (ESP), einer elektrohydraulischen Bremse (EHB), einem Traction Control System (TCS) oder einer Antischlupfregelung (ASR) eingesetzt werden. So kann der erste Kontaktpartner 1 beispielsweise ein Steuergerät für das elektronische Stabilisierungsprogramm (ESP) in einem Fahrzeug repräsentieren, welches mittels der erfindungsgemäßen Anordnung zur elektrischen Kontaktierung mit einem als Drucksensoreinheit des ESP-Systems ausgeführten zweiten Kontaktpartner 3 elektrisch kontaktiert wird.
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Wie aus 1 bis 3 ersichtlich ist, umfasst die dargestellte Anordnung zur elektrischen Kontaktierung eines ersten Kontaktpartners 1 und eines zweiten Kontaktpartners 3 ein federelastisches erstes Kontaktelement 10 und ein zweites Kontaktelement 20, welches als sich verjüngende Ausnehmung 22 mit einer Tiefe T und einer Breite B ausgeführt ist. Das als Ausnehmung 22 ausgeführte zweite Kontaktelement 20 nimmt einen sich verjüngenden Endbereich 14 des ersten Kontaktelements 10 so auf, dass die elektrische Kontaktierung des ersten Kontaktelements 10 in dem als Ausnehmung 22 ausgeführten zweiten Kontaktelement 20 an mindestens zwei Kontaktstellen 24A, 24B, 26A erfolgt.
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Um eine sichere Übertragung der Energie und Signale zwischen den Kontaktpartnern 1, 3, auch bei nicht idealen Reinheitsbedingungen zu gewährleisten, sind die beiden Kontaktelemente 10, 20 so angeordnet, dass eine erste Mittelachse 18 des ersten Kontaktelements 10 und eine zweite Mittelachse 28 des zweiten Kontaktelements 20 im Wesentlichen parallel mit einem vorgegebenen Abstand A zueinander verlaufen, wobei das federelastische erste Kontaktelement 10 im aufgenommen Zustand in Richtung der zweiten Mittelachse 28 gebogen ist. Dadurch ist die elektrische Kontaktierung zwischen den beiden Kontaktpartnern 1, 3 in vorteilhafter Weise so gestaltet, dass unabhängig von den Randbedingungen an mindestens zwei Kontaktstellen 24A, 24B, 26A ein elektrischer Kontakt zwischen den beiden Kontaktelementen 10, 20 entsteht. Hierbei können die mindestens zwei Kontaktstellen 24A, 24B, 26A punktförmig und/oder linienförmig und/oder flächig ausgebildet werden. Nicht ideale Randbedingungen sind beispielsweise gegeben, wenn Schmutzpartikel 5 die Kontaktbereiche verunreinigen.
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Das federelastische erste Kontaktelement 10 kann beispielsweise als Spiralfeder 12, Stift oder Hülse ausgeführt werden. Um die erfindungsgemäße Kontaktieranordnung vorzugsweise als Druckkontaktsystem auszuführen, ist das erste Kontaktelement 10 im dargestellten Ausführungsbeispiel als Spiralfeder 12 mit einem vorgegebenen Radius R ausgeführt, die zur Herstellung des elektrischen Kontakts eingesetzt wird. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist das federelastische erste Kontaktelement 10 an einem Halteelement 16 befestigt.
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Die elektrische Kontaktierung der beiden Kontaktelemente 10, 12 erfolgt durch Einführen des ersten Kontaktelements 10 in das als Ausnehmung 22 ausgeführte zweite Kontaktelement 20. Hierzu weist das zweite Kontaktelement 20 eine von der zweiten Mittelachse 28 weg in Richtung der ersten Mittelachse 18 um einen vorgegebenen Winkel α geneigte erste Wandung 24.1 auf, welche als Einführschräge für das erste Kontaktelement 10 wirkt.
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Wie insbesondere aus 1 ersichtlich ist, ist der Abstand A zwischen der ersten Mittelachse 18 des ersten Kontaktelements 10 und der zweiten Mittelachse 28 des zweiten Kontaktelements 20 so gewählt, dass die Spitze des sich verjüngenden Endbereichs 14 des ersten Kontaktelements 10 während des Kontaktierungsvorgangs, d.h. während der Relativbewegung des ersten Kontaktelements 10 in Richtung des zweiten Kontaktelements 20 sicher auf die als Einführschräge wirkende erste Wandung 24.1 des zweiten Kontaktelements 20 trifft. Nach dem Auftreffen des Endbereichs 14 des ersten Kontaktelements 10 auf der ersten Wandung 24.1 wird das erste Kontaktelement 10 durch das Fortführen der Relativbewegung zwischen den beiden Kontaktelementen 10, 20 in Richtung der zweiten Mittelachse 28 des zweiten Kontaktelements 20 umgebogen, so dass neben einer ersten Kontaktstelle 24A an der ersten Wandung 24 weitere Kontaktstellen 24B, 26A ausbilden können. Durch den vorgegebenen Neigungswinkel α der ersten Wandung 24.1 wird die Verformung bzw. Biegung des Endbereichs 14 des ersten Kontaktelements 10 in vorteilhafter Weise unterstützt. Im dargestellten Ausführungsbeispiel entspricht die Relativbewegung einem Absenken des ersten Kontaktelements 10 in Richtung des zweiten Kontaktelements 20. Die Tiefe T sowie Breite B des als Ausnehmung 22 ausgeführten zweiten Kontaktelements 20, der Abstand A der Mittelachsen 18, 28 sowie Radius R und Länge des als Spiralfeder 12 ausgeführten ersten Kontaktelements 10 sind so gewählt und aneinander angepasst, dass unabhängig von den Randbedingungen mindestens zwei Kontaktstellen 24A, 24B, 26A zwischen den Kontaktelementen 10, 20 ausgebildet werden. Der Abstand A zwischen den beiden Mittelachsen 18, 28 ist vorzugsweise kleiner als die halbe Breite B und auch kleiner als die Tiefe T des als Ausnehmung 22 ausgeführten zweiten Kontaktelements 20 vorgegeben. Der Neigungswinkel α der ersten Wandung 24.1 weist vorzugsweise einen Wert im Bereich zwischen 15° und 75° auf.
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Wie aus 1 bis 3 weiter ersichtlich ist, weist das als Ausnehmung 22 ausgeführte zweite Kontaktelement 20 eine von der zweiten Mittelachse 28 weg geneigte zweite Wandung 24.2 auf, welche der ersten Wandung 24.1 gegenüberliegt und als radialer Anschlag für das erste Kontaktelement 10 wirkt. Zudem weist das als Ausnehmung 22 ausgeführte zweite Kontaktelement 20 einen Boden 26 auf, welcher als axialer Anschlag für das erste Kontaktelement 10 wirkt. Dadurch kann sich der Endbereich 14 des gebogenen ersten Kontaktelements 10 im eingeführten Zustand an der zweiten Wandung 24.2 und/oder am Boden 26 abstützen, so dass sich die mindestens zwei Kontaktstellen 24A, 24B, 26A an der ersten Wandung 24.1 und/oder an der zweiten Wandung 24.2 und/oder am Boden 26 ausbilden können.
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2 zeigt den kontaktierten Zustand der beiden Kontaktelemente 10, 20 bei idealen Randbedingungen, d.h. ohne Schmutzpartikel 5. Wie aus 2 ersichtlich ist, bilden sich bei idealen Randbedingungen mehrere Kontaktstellen 24A zwischen dem ersten Kontaktelement 10 und dem zweiten Kontaktelement 20 an der ersten Wandung 24.1 des als Ausnehmung 22 ausgeführten zweiten Kontaktelements 20 aus. Zudem bildet sich mindestens eine Kontaktstelle 26A, 24B zwischen dem ersten Kontaktelement 10 und dem zweiten Kontaktelement 20 am Boden 26 und an der zweiten Wandung 24.2 des als Ausnehmung 22 ausgeführten zweiten Kontaktelements 20 aus.
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3 zeigt den kontaktierten Zustand der beiden Kontaktelemente 10, 20 bei nicht idealen Randbedingungen, d.h. mit einem vorhandenen Schmutzpartikel 5. Wie aus 3 ersichtlich ist, bilden sich trotz vorhandenem Schmutzpartikel 5 mehrere Kontaktstellen 24A, 24B zwischen dem ersten Kontaktelement 10 und dem zweiten Kontaktelement 20 aus. Bei den dargestellten Randbedingungen bildet sich jeweils mindestens eine Kontaktstelle 26A, 26B zwischen dem ersten Kontaktelement 10 und dem zweiten Kontaktelement 20 an der ersten Wandung 24.1 und an der zweiten Wandung 24.2 des als Ausnehmung 22 ausgeführten zweiten Kontaktelements 20 aus.
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Wie aus 1 bis 3 weiter ersichtlich ist, weist das als Ausnehmung 22 ausgeführte zweite Kontaktelement 20 im dargestellten Ausführungsbeispiel einen trapezförmigen Querschnitt auf, wobei die Neigung der zweiten Wandung 24.2 steiler als die Neigung der ersten Wandung 24.1 ausgeführt ist. Alternativ kann das als Ausnehmung 22 ausgeführte zweite Kontaktelement 20 in einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel einen symmetrischen bzw. gleichschenkligen trapezförmigen Querschnitt aufweisen, bei welchem die beiden Wandungen 24.1, 24.2 der Ausnehmung 22 gleiche Neigungswinkel aufweisen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 19917941 A1 [0003]
- DE 102010063709 A1 [0004]
