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Die Erfindung betrifft eine Schraube mit einem Schraubenkopf und einem Schraubenschaft, welcher ein Außengewinde aufweist, nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art. Außerdem betrifft die Erfindung eine Schraubenverbindung mit einer oder mehreren solchen Schrauben.
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Elektrische Aggregate, beispielsweise eine Hochvolt-Batterie wie sie zur Stromversorgung eines elektromotorisch angetriebenen Kraftfahrzeugs verwendet wird, müssen bestimmte EMV-Anforderungen erfüllen, um ihre elektromagnetische Verträglichkeit zu garantieren. Hierfür ist es notwendig, dass beispielsweise umgebende äußere Gehäuseteile elektrisch an innere Bauteile kontaktiert werden. Bei auf ihrer Außenseite isolierend beschichteten Gehäuseteilen, beispielsweise Blechen, ist die sonst übliche elektrische Anbindung durch Schrauben, meist gewindeformende Schrauben, über die Schraubverbindung selbst nicht möglich, da die Schraubenkopfauflage auf der isolierenden Beschichtung zu liegen kommt. Es ist zwar vorstellbar, die Isolierung im Bereich einer Schraubenkopfauflage von vorneherein auszusparen. Dies erfordert jedoch zum einen, dass die Aussparung in jedem Fall größer ist als der äußere Durchmesser der Schraubenkopfauflage, um ein sattes Aufliegen der Schraubenkopfauflage auf der freigelegten metallischen Fläche und damit eine zuverlässige Kontaktierung zu erreichen, und zum anderen wird der Aufwand und damit die Herstellungskosten erhöht. Schließlich bietet die vergleichsweise große freigelegte Fläche Angriffspunkte für eine Korrosion des metallischen Materials.
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Aus diesem Grund ist in der gattungsgemäßen
DE 10 2013 020 453 A1 eine Schraube beschrieben, welche im Bereich einer Schraubenkopfauflage wenigstens ein Kratzelement aufweist. Beim Aufschrauben auf eine z. B. lackierte Oberfläche, sodass der Schraubenkopf bzw. die Schraubenkopfauflage auf einer lackierten Fläche zu liegen kommt, kratzt das Kratzelement diese Lackfläche an und stellt so einen metallischen elektrisch leitenden Kontakt sicher.
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In der Praxis funktioniert dieser Aufbau sehr gut. Es ist jedoch gegebenenfalls schwierig, Bauteile zu verbinden, bei denen beide Bauteile und gegebenenfalls auch das Innengewinde, weil dies vor der Lackierung angebracht worden ist, entsprechend lackiert sind. Außerdem besteht immer auch die Gefahr, dass der Lack im Bereich der Kratzelemente sehr dick ist und nicht vollständig von den Kratzelementen entfernt wird, sodass weiterhin keine elektrische Kontaktierung oder nur eine elektrische Kontaktierung mit einem unerwünscht hohen elektrischen Übergangswiderstand zustande kommt.
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Aus dem weiteren Stand der Technik in Form der
DE 10 2009 024 335 A1 ist eine Befestigungsschraube bekannt, bei welcher im Bereich eines schraubenförmig an einem Schraubenschaft ausgebildeten Gewindezahn ein Übermaß vorgesehen ist. Der Gewindezahn mit einem oder mehreren solchen Übermaßbereichen, soll dafür sorgen, dass Lack im Bereich des Gewindes durch die Übermaßbereiche angekratzt wird, sodass es hier im Bereich des Gewindes zu einer elektrischen Kontaktierung kommt.
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In der Praxis kann dieser Aufbau zu dem Problem führen, dass die Gewindezähne auf dem Außengewinde der Schraube und die Gewindezähne in dem Innengewinde gegebenenfalls eine Ausweichbewegung durchführen, sodass eine zuverlässige Kontaktierung nicht möglich ist. Dies gilt insbesondere, wenn die Gewinde in ihren Nennmaßen geringfügig voneinander abweichen, um ein zuverlässiges Eindrehen der Schraube trotz der Lackschicht, welche das Innengewinde bedecken kann, zu gewährleisten. In diesem Fall kann es dazu kommen, dass die elektrische Kontaktierung nicht oder nicht zuverlässig zustande kommt.
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Die Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung besteht nun darin, eine Schraube mit einem Schraubenkopf und einem Gewindeschaft, welcher ein Außengewinde aufweist, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 anzugeben, welche eine sichere und zuverlässige Kontaktierung auch bei schwierigen Bedingungen gewährleistet.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Schraube mit den Merkmalen im Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den hiervon abhängigen Unteransprüchen. Im Anspruch 10 ist außerdem eine bevorzugte Schraubenverbindung angegeben, welche die Aufgabe ebenfalls löst.
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Die erfindungsgemäße Schraube ist vergleichbar wie die Schraube im gattungsgemäßen Stand der Technik so ausgebildet, dass sie im Bereich einer Schraubenkopfauflage wenigstens ein Kratzelement aufweist. Zusätzlich ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass wenigstens einer der Gewindezähne ein Übermaßbereich aufweist, in welchem das Material des Gewindezahns über dessen Normalkontur übersteht. Wenigstens einer der Gewindezähne oder bei einem eingängigen Gewinde der Gewindezahn weist also wenigstens einen solchen Übermaßbereich auf, welcher zusätzlich zu den Kratzelementen an der Schraubenkopfauflage ebenfalls in der Lage ist, Lack, welcher in dem mit der Schraube zusammenwirkenden Innengewinde liegt, anzukratzen. Hierdurch wird eine sichere und zuverlässige Kontaktierung sowohl im Bereich der Schraubenkopfauflage als auch im Bereich des Gewindes ermöglicht, sodass auch unter widrigen Umständen durch die zwei unterschiedlichen Möglichkeiten der elektrischen Kontaktierung eine sichere und zuverlässige Kontaktierung mit sehr hoher Wahrscheinlichkeit gewährleistet ist.
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Ferner ist es möglich, über die erfindungsgemäß ausgebildete Schraube beispielsweise zwei lackierte Bauteile miteinander zu verbinden. Die Verbindung ermöglicht dabei eine elektrische Kontaktierung der Bauteile, sodass beispielsweise ein lackiertes Blech mit einem Bauteil mit lackiertem Innengewinde mechanisch sicher und zuverlässig verbunden und elektrisch miteinander kontaktiert werden kann. Die Kratzelemente im Bereich der Schraubenkopfauflage kratzen den Lack des ersten Bauteils an und sorgen so für eine elektrische Kontaktierung. Der wenigstens eine Übermaßbereich an dem Außengewinde kratzt den Lack des zweiten Bauteils im Innengewinde an und sorgt auch hier für eine elektrische Kontaktierung. Über die Schraube werden also die beiden Bauteile trotz ihrer vor der Montage lackierten Oberflächen mechanisch und elektrisch miteinander verbunden.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Idee kann es dabei vorgesehen sein, dass der Überstand in radialer Richtung, bezogen auf die Drehachse der Schraube, ausgebildet ist. Ein solcher Überstand in radialer Richtung, welcher also über das äußere Nennmaß des Außengewindes übersteht, kann für eine besonders gute Kratzwirkung auf den Lack in dem Innengwinde sorgen. Hierdurch wird auch bei größeren Maßtoleranzen oder gewollten Maßunterschieden in den Nennmaßen des Außen- und des Innengwindes ein zuverlässiger elektrischer Kontakt gewährleistet.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Schraube kann es alternativ oder vorzugsweise ergänzend hierzu auch vorgesehen sein, dass der Überstand in axialer Richtung, bezogen auf die Drehachse der Schraube, ausgebildet ist. Dies verbessert die Kratzwirkung nochmals und erhöht somit die Chance auf eine sichere und zuverlässige Kontaktierung im Bereich der Gewindezähne weiter.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Idee kann die Schraube dabei in der Art ausgebildet sein, dass diese einen schraubenlinienförmig um den Schraubenschaft umlaufenden Gewindezahn aufweist. Eine solche Schraube mit einem Gewindezahn, welche auch als eingängig bezeichnet wird, ist besonders einfach und effizient in ihrer Herstellung und erlaubt einfache und effiziente Innengewinde als Gegenelemente, sodass hierdurch ein kostengünstiger Aufbau möglich ist.
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Gemäß einer weiteren sehr vorteilhaften Ausgestaltung der Idee ist es dabei vorgesehen, dass mehrere über den Umfang des Außengewindes verteilte Übermaßbereiche vorgesehen sind. Diese Ausgestaltung erhöht die Chance auf ein zuverlässiges Ankratzen der Beschichtung bzw. des Lacks im Bereich des Innengewindes durch das Außengewinde der erfindungsgemäßen Schraube in dieser Ausgestaltung weiter, da alleine durch die Mehrzahl der Übermaßbereiche die Wahrscheinlichkeit einer zuverlässig angekratzten Lackoberfläche steigt. Außerdem kann bei über den Umfang verteilten Übermaßbereichen ein Ausweichen der Schraube innerhalb des Gewindes in radialer Richtung verhindert werden, sodass die kratzende Wirkung der Übermaßbereiche auch bei größeren Maßtoleranzen zwischen dem Außengewinde und dem Innengewinde verlässlich erhalten bleibt.
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Gemäß einer weiteren sehr vorteilhaften Ausgestaltung der Idee kann es dabei vorgesehen sein, dass das wenigstens eine Kratzelement am Schraubenkopf in Form einer über die Schraubenkopfauflage überstehenden Pyramide einstückig aus dem Material des Schraubenkopfes ausgebildet ist. Ein solcher Aufbau ist, wie es bereits in der gattungsgemäßen Schrift beschrieben ist, besonders effizient.
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Dabei kann es ferner vorgesehen sein, dass gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Idee auch hier mehrere über den Umfang verteilt angeordnete Kratzelemente vorhanden sind. Ferner kann gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung außerdem eine Isoliermasse im Bereich des Schraubenkopfes, vorzugsweise in Form einer Kehlnaht, zwischen den Kratzelementen und dem Schraubenschaft im Bereich des Übergangs vom Schraubenschaft in den Schraubenkopf vorgesehen sein. Hierdurch kann eine entsprechende Isolierung und Abdichtung gewährleistet werden, auch wenn eine elektrische Kontaktierung durch das Material der Schraube hindurch von den Kratzelementen zu den Übermaßbereichen und damit von einem mit der Schraubenkopfauflage in Verbindung stehenden Bauteil zu einem das Innengewinde aufweisenden Bauteil gewährleistet werden kann. Die elektrische Kontaktierung ist somit auch dann möglich, wenn die Bohrung der Schraube beispielsweise gegen eindringende Feuchtigkeit oder dergleichen über die Isoliermasse entsprechend abgedichtet werden soll. Der Einsatzzweck kann vorzugsweise wiederum, wie bereits in der gattungsgemäßen
DE 10 2013 020 453 beschrieben, im Bereich von Batterieanwendungen, vorzugsweise in Fahrzeugen, liegen.
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Eine erfindungsgemäße Schraubenverbindung weist wenigstens ein äußeres auf seiner äußeren Oberfläche mit einer elektrisch isolierenden Schicht versehenes Bauteil und ein inneres Bauteil auf, auf welches das äußere Bauteil unmittelbar oder unter Zwischenschaltung wenigstens eines weiteren Bauteils, vorliegend Zwischenbauteil genannt, aufgeschraubt ist. Das äußere Bauteil weist wenigstens eine Durchgangsbohrung auf und das innere Bauteil eine koaxial hierzu positionierte Gewindebohrung. Dabei ist durch die Durchgangsbohrung hindurch eine Schraube mit der erfindungsgemäßen Gestaltung in die Gewindebohrung eingebracht, sodass die Schraubenkopfauflage auf der äußeren Oberfläche des äußeren Bauteils aufliegt und das wenigstens einen Kratzelement die isolierende Schicht vollständig durchdringt. Erfindungsgemäß wird durch die Übermaßbereiche am Außengewinde der Schraube außerdem zumindest ein Teil der isolierenden Schicht vom Innengewinde in der Gewindebohrung abgekratzt, um auch hier eine elektrische Kontaktierung sicherzustellen. Durch die erfindungsgemäße Schraubenverbindung kann also letztlich das äußere Bauteil über das Material der Schraube hinweg mit dem die Gewindebohrung aufweisenden Bauteil elektrisch verbunden werden, auch wenn diese Teile an ihrer Oberfläche und im Bereich der Durchgangsbohrung und des Gewindes beispielsweise lackiert sind.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Schraube sowie einer Schraubenverbindung gemäß der Erfindung ergeben sich ferner aus dem Ausführungsbeispiel, welches nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren näher beschrieben ist.
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Dabei zeigen:
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1 eine schematische Ansicht einer Schraubverbindung gemäß der Erfindung noch ohne Details der Schraube;
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2 eine seitliche schematische, teilweise geschnittene Ansicht einer erfindungsgemäßen Schraube;
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3 eine Draufsicht von unten auf die Schraubenkopfauflage und die Stirnfläche des Schafts der Schraube aus der 2;
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4 eine dreidimensionale Ansicht eines Ausschnitts des Außengewindes der Schraube; und
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5 eine prinzipmäßige Schnittdarstellung durch einen Teil des Außengewindes der Schraube.
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In der 1 ist ein erstes Bauteil, vorliegend als äußeres Bauteil 1 bezeichnet, gezeigt, das auf ein zweites Bauteil, vorliegend als inneres Bauteil 2 bezeichnet, mittels einer symbolisch anhand ihrer Drehachse A dargestellten Schraube 6 aufgeschraubt ist. Das äußere Bauteil 1 weist auf seiner Außenseite, das heißt jener vom inneren Bauteil 2 abgewandten Seite, eine elektrisch isolierende Schicht 3 auf. Ferner weist das äußere Bauteil 1 eine Durchgangsbohrung 4 auf.
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Das innere Bauteil 2 weist eine koaxial zur Durchgangsbohrung 4 positionierte Gewindebohrung 5 mit einem Innengewinde 13 auf, in welche die nicht näher dargestellte Schraube 6 derart eingeschraubt ist, dass das äußere Bauteil 1 gegen das innere Bauteil 3 gepresst und an diesem montiert wird. Das innere Bauteil 2 ist dabei ebenfalls mit einer elektrisch isolierenden Schicht 18 versehen, insbesondere auch in dem Innengewinde 13. Die Schichten 3, 18 können z. B. Lackschichten umfassen.
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Abweichend von der Darstellung in der 1 müsste das äußere Bauteil 1 nicht unmittelbar auf dem inneren Bauteil 2 aufliegen, sondern es könnten eines oder mehrere Zwischenbauteile zwischengeschaltet sein.
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In der 2 sind Details der in der 1 gemäß der strichpunktierten Drehachse A eingeschraubten Schraube 6 dargestellt. So weist die Schraube 6 einen Schraubenkopf 7 und einen sich auf einer Unterseite desselben anschließenden Schraubenschaft 8 auf. Der Schraubenschaft 8 ist mit einem Außengewinde 9 versehen.
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Der Schraubenkopf 7 weist auf seiner Unterseite, das heißt der dem Schraubenschaft 8 zugewandten Seite, eine Schraubenkopfauflage 10 auf, die mit einer Vielzahl von Kratzelementen 11 versehen ist, die aus der Schraubenkopfauflage 10 mit einer Spitze oder Schneide herausragen. Wie man aus der 3 erkennen kann, sind vorliegend vier Kratzelemente 11 vorgesehen, die alle auf demselben Durchmesser liegen. Jedes Kratzelement 11 weist die Form einer Pyramide auf, mit einer dreieckigen Grundfläche, deren Spitze in Umfangsrichtung und entgegen der Eindrehrichtung der Schraube ausgerichtet ist. Selbstverständlich könnte die Spitze auch in Eindrehrichtung ausgerichtet sein, sodass die sich in Radialrichtung erstreckende Begrenzung der Grundfläche beim Eindrehen der Schraube nach hinten gerichtet wäre.
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Gemäß den Darstellungen in den 2 und 3 ist im Übergang vom Schraubenschaft 8 zum Schraubenkopf 7 eine Isoliermasse 12 vorgesehen, die als Kehlnaht ausgeführt ist. Diese Isoliermasse 12 verformt sich beim Eindrehen der Schraube 6 in die in 1 erkennbare Gewindebohrung 5 dadurch, dass sie in die Durchgangsbohrung 4 gepresst wird, derart, dass sie eine gewollte Beschädigung der elektrisch isolierenden Schicht 3 durch die Kratzelemente 11 radial von innen abdichtet. Somit können keine korrosiven Dämpfe oder Gase durch die Gewindebohrung 5 bzw. Durchgangsbohrung 4 hindurch an die aufgerissene Oberfläche der Schicht 3 gelangen.
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Selbstverständlich wäre es auch möglich, zusätzlich oder alternativ radial außerhalb der aufgerissenen Oberfläche der Beschichtung 3 eine entsprechende Abdichtung vorzusehen, um das Eindringen von korrosiven Stoffen von außen zu verhindern. Eine solche Abdichtung könnte beispielweise auf der Schraubenkopfauflage 10 radial außerhalb der Kratzelemente 11 vorgesehen sein.
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Das Außengewinde 9 ist in der Darstellung der 4 nochmals in einer dreidimensionalen Ansicht zu erkennen. Es sind zwei der Gewindegänge eines Gewindezahns 14 sowie ein kleiner Teil des Schraubenschafts 8 in der dreidimensionalen Darstellung prinzipmäßig angedeutet und zu erkennen. Der Gewindezahn 14 weist in dem hier dargestellten Abschnitt zwei jeweils mit 15 bezeichnete Übermaßbereiche auf. Diese erstrecken sich sowohl in axialer Richtung a bezogen auf die Schraube 6 und ihre in der 2 mit A bezeichneten Drehachse als auch in radialer Richtung r, welche ebenfalls in der Darstellung der 2 entsprechend eingezeichnet ist, über die Normalkontur des Gewindezahns 14 hinaus. Diese Übermaßbereiche 15 stehen also sowohl über eine Stirnfläche 16 des Gewindezahns 14 als auch über dessen Seitenflanken 17 über. Diese Übermaßbereiche 15 dienen ähnlich wie die Kratzelemente 11 dazu, die isolierende Schicht 18 wie beispielsweise Lack im Bereich des Innengewindes 13 der Gewindebohrung 15 anzukratzen, um so einen metallischen Kontakt zwischen dem Material des Innengewindes 13 und des auf der Schraube 6 aufgebrachten Außengewindes 9 zu gewährleisten.
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Idealerweise ist eine Vielzahl von derartigen Übermaßbereichen 15 über den Umfang der Schraube 6 verteilt um diese angeordnet, um so die isolierende Schicht in mehreren Bereichen des Innengewindes 13 beim Einschrauben der Schraube 6 in die Gewindebohrung 5 anzukratzen und so eine sichere und zuverlässige elektrische Kontaktierung zwischen dem Material der Schraube 6 und dem Material des die Gewindebohrung 5 aufweisenden inneren Bauteils 2 zu erreichen. Auch bei einer vollständigen Beschichtung aller Oberflächen der Bauteile 1 und 2 und damit auch sowohl im Bereich der Durchgangsbohrung 4 als auch des Innengewindes 13 kann über eine derartige Schraube 6 also eine sichere und zuverlässige elektrische Kontaktierung gewährleistet werden.
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In der Darstellung der 5 ist an einer schematischen Schnittdarstellung durch den Gewindezahn 14 bzw. mehrere Umläufe des Gewindezahns 14 die Geometrie des bevorzugten Übermaßbereichs 15 nochmals erläutert. Der Gewindezahn 14 weist die äußere in der Darstellung der 5 mit 16 bezeichnete Stirnfläche auf. Diese Stirnfläche 16 definiert den äußeren Nenndurchmesser des Außengewindes 9, welcher in der Darstellung der 5 mit d bezeichnet ist. Neben der Stirnfläche 16 weist der Gewindezahn 14 außerdem zwei jeweils mit 17 bezeichnete Seitenflanken auf. Im rechten und linken Bereich der Darstellung der 5 sind dabei die Normalkonturen des Gewindezahns 14 zu erkennen. In dem in der Mitte dargestellten Gewindeumlauf weist der Gewindezahn 14 nun den Übermaßbereich 15 auf. Dieser ist insbesondere einstückig mit dem Gewindezahn 14 ausgebildet bzw. wird beim Herstellen des Gewindes aus diesem einteilig geformt. Zur Verdeutlichung, was in der prinzipmäßigen Schnittdarstellung der 5 der Übermaßbereich 15 ist, ist dieser jedoch mit einer Kreuzschraffur angedeutet. Er erstreckt sich dabei sowohl in der axialen Richtung a als auch in der radialen Richtung r über die Normalkontur des Gewindezahns 14 hinaus. Dabei ist der maximale Durchmesser D des Übermaßbereichs 15 größer sein als der Nenndurchmesser d des Außengewindes 9. Der Übermaßbereich 15 weist außerdem in der axialen Richtung a Überstände über die Normalkontur der Seitenflanken 17 auf, sodass der Winkel, mit welchem die Seitenflanken 17 aufeinander zulaufen, in dem Übermaßbereich 15 verkleinert ist. Hierdurch ist ein zuverlässiges Ankratzen der isolierenden Schicht 18 bei einem lackierten Innengewinde 13 möglich, sodass auch hier ein metallischer Kontakt und damit die Möglichkeit einer elektrischen Kontaktierung gewährleistet ist.
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Bei dem äußeren Bauteil 1 handelt es sich beispielweise um ein Abschirmblech oder Gehäuseblech einer Batterie, die an einem Tragelement gebildet durch das innere Bauteil 2 befestigt ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102013020453 A1 [0003]
- DE 102009024335 A1 [0005]
- DE 102013020453 [0016]
