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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Leiterplatte mit wenigstens einem Steckkontakt für einen elektrischen Stromverteiler eines Fahrzeugs. Ferner betrifft die Erfindung einen elektrischen Stromverteiler für ein Fahrzeug mit einer solchen Leiterplatte.
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Stand der Technik
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Aus dem Stand der Technik sind bereits Möglichkeiten zur Kontaktierung einer Leiterplatte über Steckkontakte bekannt.
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So ist beispielsweise in der
DE 103 52 761 B4 eine Leiterplatte beschrieben, bei der ein daran angebrachter Steckkontakt als Gabelkontakt ausgebildet ist. Der Gabelkontakt ist zur Anbringung auf einer Flachseite der Leiterplatte vorgesehen und steht von dieser hervor.
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In der
EP 1 301 063 B1 ist ein weiterer Gabelkontakt zum Einstecken eines Steckkontakts beschrieben, der auf einer Flachseite einer Stromschiene angeordnet ist und diese dort elektrisch kontaktiert. Obwohl diese Gabelkontakte eine zuverlässig gute Kontaktierung durch einen Gegensteckkontakt erlauben, hat sich in der Praxis gezeigt, dass sich die damit ausgestattete Leiterplatte oder Stromschiene nur schwierig in ein Fahrzeug mit begrenztem Bauraum integrieren lässt.
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Beschreibung der Erfindung
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Eine Aufgabe der Erfindung ist es daher, unter Einsatz konstruktiv möglichst einfacher Mittel eine robuste, bauraumsparende Möglichkeit zum Kontaktieren einer Leiterplatte zu schaffen.
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Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und den begleitenden Figuren angegeben.
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Eine erfindungsgemäße Leiterplatte für einen elektrischen Stromverteiler eines Fahrzeugs weist eine stirnseitig offene Ausklinkung und wenigstens einen in der Ausklinkung angeordneten, elektrischen Steckkontakt zur Aufnahme eines elektrischen Gegensteckkontakts auf. Unter einer Ausklinkung kann in diesem Zusammenhang eine sich von einer Stirnfläche der Leiterplatte nach innen erstreckende Materialaussparung verstanden werden, die beispielsweise durch Fräsen oder durch ein anderes Trennverfahren ausgebildet wird. Aus einem Trägersubstrat der Leiterplatte ist also Material ausgespart, nämlich so, dass sich eine stirnseitig offene, also im Wesentlichen U-förmige Ausklinkung ergibt. Das heißt, dass der Steckkontakt so angeordnet ist, dass die Leiterplatte von der Stirnseite her kontaktierbar ist. Eine Steckrichtung des Gegensteckkontakts ist also senkrecht zur Stirnfläche der Leiterplatte gerichtet. Vorzugsweise stützt sich der Steckkontakt in Steckrichtung an einer Ausklinkungsfläche ab, die parallel zur Stirnfläche ausgerichtet ist. Zum Aufbringen einer Kontaktkraft auf den Gegenkontakt, die im Wesentlichen senkrecht zur Steckrichtung gerichtet ist, stützt sich der Steckkontakt an wenigstens einer zur Stirnfläche der Leiterplatte im Wesentlichen senkrecht ausgerichteten Ausklinkungsfläche mit wenigstens einem Federarm ab. Je nach benötigter Stromtragfähigkeit kann eine Breite des Steckkontakts in Dickenrichtung der Leiterplatte variiert werden. Je nach Art der Kontaktierung und/oder Befestigung des Steckkontakts an der Leiterplatte, kann die Breite des Steckkontakts in Dickenrichtung der Leiterplatte auch in etwa der Dicke der Leiterplatte entsprechen.
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Damit ist es vorteilhafterweise möglich, die Leiterplatte von ihrer Stirnseite her elektrisch zu kontaktieren. Dies kann insbesondere dann vorteilhaft sein, wenn nur wenig Bauraum zur Verfügung steht, so dass eine Kontaktierung der Leiterplatte über eine Flachseite kaum oder gar nicht möglich ist. Die Leiterplatte kann dadurch zum Beispiel auch hochkant oder vertikal in einem elektrischen Stromverteiler eingebaut werden und lässt sich von oben her stirnseitig kontaktieren. Zudem ist der Steckkontakt durch die Integration in die Ausklinkung gut geschützt vor äußeren mechanischen Einflüssen. Insbesondere ist der Steckkontakt beim Transport oder im Umgang damit, zum Beispiel während der Montage, gut geschützt.
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Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Steckkontakt U-förmig mit zwei aufeinander zugespannten Federarmen und einem diese verbindenden Basisteil ausgebildet ist. Dabei stützt sich der Basisteil an einer parallel zu der Stirnfläche ausgerichteten Ausklinkungsfläche ab. Dadurch erstreckt sich der Steckkontakt im Prinzip über sämtliche Ausklinkungsflächen der Ausklinkung und ist deshalb besonders robust, da er darin fest gehalten und abgestützt wird.
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Für einen einfachen konstruktiven Aufbau ist es vorteilhaft, wenn der wenigstens eine Federarm des Steckkontakts dadurch gebildet ist, dass ein sich zu der Stirnfläche hin erstreckendes Ende des Steckkontakts nach außen gebogen ist und sich an der sich senkrecht zur Stirnfläche erstreckenden Ausklinkungsfläche abstützt. Dadurch ergibt sich ein zum Inneren der Ausklinkung konvex geformter Bogen, über den der Gegenkontakt kontaktierbar ist. Das Biegen lässt sich mit geringem Fertigungsaufwand bewerkstelligen.
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Besonders einfach und kostengünstig lässt sich die Leiterplatte bereitstellen, wenn der Steckkontakt als Stanz- und/oder Biegeteil ausgebildet ist. So kann der Steckkontakt einstückig aus einem Blech ausgebildet sein. So können der oder die Federarme einstückig durch einfaches Biegen des Blechmaterials ausgeformt sein. Das Blechmaterial besteht vorzugsweise aus einem elektrisch gut leitfähigen Werkstoff, wie etwa Aluminium, einer Aluminiumlegierung, Kupfer, einer Kupferlegierung oder gegebenenfalls einem Stahl.
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Für einen konstruktiv einfachen, aber robusten elektrischen Kontakt zwischen dem Steckkontakt und einer Kontaktfläche oder Lötfläche der Leiterplatte ist es von Vorteil, wenn der Steckkontakt wenigstens einen Kontaktarm aufweist, der sich über die wenigstens eine Ausklinkungsfläche hinweg erstreckt und eine Flachseite der Leiterplatte elektrisch kontaktiert. Der elektrische Kontakt des Steckkontakts mit der Leiterplatte erfolgt also über den wenigstens einen Kontaktarm. Zudem wird der Steckkontakt durch die elektrisch kontaktierende Auflage des Kontaktarms auf der Flachseite und gegebenenfalls Verlötens mit dieser zumindest in einer Richtung senkrecht zur Flachseite fixiert.
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Für einen möglichst großflächigen elektrischen Kontakt zwischen der Leiterplatte und dem Steckkontakt, ist es vorteilhaft, wenn die Leiterplatte drei Ausklinkungsflächen aufweist, über die sich je wenigstens ein Kontaktarm hinweg erstreckt. Der Steckkontakt ist also auch U-förmig ausgebildet, wobei sich von jedem der Federarme und vom Basisteil je wenigstens ein Kontaktarm insbesondere senkrecht dazu weg erstreckt. So ist der Steckkontakt auch besonders gut in alle möglichen Bewegungsrichtungen befestigt, da sich der Basisteil in Steckrichtung an einer der Ausklinkungsflächen abstützt und die drei Kontaktarme eine Bewegung in andere Bewegungsrichtungen verhindern.
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Für eine besonders einfache Montage kann der wenigstens eine Kontaktarm an der Flachseite der Leiterplatte mittels Oberflächenmontage (surface-mounting technology, SMT) oberflächenmontiert sein. Dabei kann der Kontaktarm direkt auf einer Kontaktfläche, wie etwa einem Lötpad, der Leiterplatte elektrisch kontaktierend aufliegen und an dieser angelötet sein.
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Alternativ dazu kann der Steckkontakt zur Durchsteckmontage (through-hole technology, THT) eingerichtet sein. Hierzu verfügt der wenigstens eine Kontaktarm über wenigstens einen Lötpin zur Durchsteckmontage an der Leiterplatte. Der Lötpin lässt sich durch Durchstecklöcher der Leiterplatte hindurch stecken und auf einer Flachseite, die der Flachseite mit dem Kontaktarm gegenüberliegt, mit der Leiterplatte elektrisch kontaktierend verlöten.
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Um insbesondere bei einer Durchsteckmontage des Steckkontakts an der Leiterplatte ein unerwünschtes in Kontakt kommen oder schlimmstenfalls Festlöten auf der den Kontaktarm aufweisenden Flachseite zu vermeiden, ist es von Vorteil, wenn die Breite des Steckkontakts in Dickenrichtung der Leiterplatte kleiner ist als eine Dicke der Leiterplatte.
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Alternativ oder zusätzlich dazu kann der Steckkontakt auch in die Ausklinkung und/oder in Durchgangslöcher der Leiterplatte eingepresst sein. Dadurch wird der Steckkontakt gegebenenfalls sogar zusätzlich zur Lötverbindung auch kraftschlüssig an der Leiterplatte gehalten.
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Die Leiterplatte kann auch eine Mehrzahl, also mindestens zwei, Steckkontakte aufweisen, die jeweils in einer eigenen Ausklinkung aufgenommen sind.
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Die Erfindung bezieht sich auch auf einen elektrischen Stromverteiler für ein Fahrzeug, mit einer darin hochkant, insbesondere senkrecht oder vertikal, angeordneten Leiterplatte in einer oder mehreren der vorstehend erläuterten Ausführungsvarianten. Der Stromverteiler kann ein Gehäuse aufweisen, in dem die Leiterplatte mit Steckkontakt(en) hochkant zwischen zwei separat dazu ausgebildeten Stromschienen angeordnet ist.
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Kurze Figurenbeschreibung
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Nachfolgend wird ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitenden Figuren erläutert. Es zeigen:
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1 eine Leiterplatte mit einer stirnseitig offenen Ausklinkung, in der ein Steckkontakt angeordnet ist,
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2 einen Steckkontakt zum Anordnen in einer Ausklinkung einer Leiterplatte als Einzelteil,
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3 eine Seitenansicht einer Ausklinkung einer Leiterplatte, in der ein Steckkontakt angeordnet ist, und
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4 einen elektrischen Stromverteiler mit einer darin hochkant angeordneten Leiterplatte.
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Die Figuren sind lediglich schematische Darstellungen und dienen nur der Erläuterung der Erfindung. Gleiche oder gleichwirkende Elemente sind durchgängig mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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Detaillierte Beschreibung
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1 zeigt in einer schematischen Darstellung eine Leiterplatte 1, die sich für den Einsatz in einem elektrischen Stromverteiler 100 (siehe 4) eines Fahrzeugs eignet. Die Leiterplatte 1 dient darin zum Beispiel der Ansteuerung und/oder Diagnose eines elektrischen Bauelements, wie etwa einem Relais oder ähnlichem.
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Es ist erkennbar, dass die Leiterplatte 1 im Wesentlichen hochkant ausgerichtet ist, so dass eine erste Stirnseite 2 mit einer ersten Stirnfläche 3 oben und eine zweite (nicht näher bezeichnete) Stirnseite unten liegt. An der (hier oberen) ersten Stirnseite 2 weist die Leiterplatte 1 eine Ausklinkung 4 auf, die stirnseitig offen ist. Die Ausklinkung 4 ist U-förmig ausgebildet, indem von der Stirnfläche 3 her Material eines Leiterplattensubstrats im Wesentlichen quaderförmig ausgespart ist. Somit weist die Leiterplatte 1 insgesamt drei Ausklinkungsflächen auf, nämlich eine erste Ausklinkungsfläche 5, eine zweite Ausklinkungsfläche 6 und eine dritte Ausklinkungsfläche 7. Die erste Ausklinkungsfläche 5 ist parallel zur ersten Stirnfläche 3 ausgerichtet und entsprechend einer Tiefe der Ausklinkung 4 davon beabstandet. Die zweite und dritte Ausklinkungsfläche 6 und 7 sind senkrecht zur ersten Stirnfläche 3 ausgerichtet und erstrecken sich in Tiefenrichtung der Ausklinkung 4 zwischen der ersten Stirnfläche 3 und der ersten Ausklinkungsfläche 5.
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Aus 1 geht weiter hervor, dass in der Ausklinkung 4 ein Steckkontakt 8 angeordnet ist. Der Steckkontakt 8 dient der elektrischen kontaktierenden Aufnahme eines Gegensteckkontakts (siehe 4) in einer Steckrichtung R, um diesen elektrisch an die Leiterplatte 1 anzubinden. Es ist erkennbar, dass der Steckkontakt 8 ebenfalls U-förmig ausgeformt ist, also zur ersten Stirnfläche 3 der Leiterplatte 1 hin offen ist. Damit folgt seine Kontur im Wesentlichen der Kontur der Ausklinkung 4. Der Steckkontakt 8 schmiegt sich mit seinen Außenseiten also zumindest abschnittsweise an die drei Ausklinkungsflächen 5, 6 und 7 an.
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Der Steckkontakt 8 ist als Stanz-/Biegeteil aus einem Blechmaterial durch Stanzen und Biegen gefertigt. Das Blechmaterial ist elektrisch gut leitfähig und besteht hier aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung. Der Steckkontakt 8 weist einen Basisteil 9 auf, der an der ersten Ausklinkungsfläche 5 anliegt und im Prinzip einen Anschlag für den Gegenkontakt (siehe 4) darstellt. Senkrecht vom Basisteil 9 erstrecken sich ein erster Federarm 10 und ein zweiter Federarm 11 in Richtung der ersten Stirnfläche 3. Die Federarme 10, 11 sind jeweils so gebogen, dass sie in Richtung der Ausklinkung 4 hinein vorgespannt sind. Damit bringen die Federarme 10, 11 jeweils eine Kontaktkraft auf den aufzunehmenden Gegenkontakt auf, so dass dieser im Steckkontakt gehalten wird.
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Von dem Basisteil 9 sowie den beiden Federarmen 10, 11 erstrecken sich jeweils senkrecht dazu Kontaktarme 12, 13 und 14 über die Ausklinkungsflächen 5, 6 und 7 hinweg, also aus der Ausklinkung 4 hinaus. Je nach Art der elektrischen Kontaktierung und/oder der mechanischen Befestigung zwischen der Leiterplatte 1 und dem Steckkontakt 8 unterscheidet sich die Ausgestaltung der Kontaktarme 12, 13, 14. Soll der Steckkontakt 8 mittels Oberflächenmontage (SMT) an der Leiterplatte 1 angebracht sein, liegen die Leiterplatte 1 und dem Steckkontakt 8 auf einer Flachseite der Leiterplatte 1 auf. Die Kontaktierung erfolgt dann über darauf angeordneten Kontaktflächen in Form von Lötpads. Soll der Steckkontakt 8 dagegen, wie in 1 dargestellt, mittels Durchsteckmontage (THT) an der Leiterplatte 1 angebracht sein, weisen die Kontaktarme 12, 13, 14 jeweils wenigstens einen Lötpin 15, 16 und 17 auf. Die Lötpins 15, 16, 17 sind von der in 1 vorderen Flachseite durch (nicht näher bezeichnete) Durchgangsöffnungen der Leiterplatte 1 hindurch gesteckt und auf der in 1 hinteren Flachseite der Leiterplatte 1 verlötet, wobei dort auch die elektrische Kontaktierung stattfindet.
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In 2, die den Steckkontakt 8 als Einzelteil in einer leicht perspektivischen Ansicht zeigt, ist zu erkennen, dass die im Einbauzustand zur ersten Stirnfläche 3 weisenden Enden der Federarme 10, 11 in Richtung des aufzunehmenden Gegensteckkontakts konvex gebogen sind. Die Federarme 10, 11 sind also abschnittsweise von den Ausklinkungsflächen 6, 7 nach innen gewölbt und stützen sich außen an diesen ab. Dabei schließen die Federarme 10, 11 entweder bündig mit der ersten Stirnfläche 3 ab oder stehen um wenige Millimeter über diese hervor. Des Weiteren geht aus 2 hervor, dass die Kontaktarme 12, 13, 14 und die damit einstückig ausgebildeten Lötpins 15, 16, 17 zueinander senkrecht ausgerichtet sind. Die Lötpins 15, 16, 17 erstrecken sich im Einbauzustand in Dickenrichtung der Leiterplatte, also senkrecht auf die Flachseiten zu, und die Kontaktarme 12, 13, 14 parallel zu den Flachseiten der Leiterplatte 1.
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3 zeigt Seitenansicht der Ausklinkung 4 der Leiterplatte 1 mit dem darin angeordneten Steckkontakt 8. Darin ist erkennbar, dass der Steckkontakt 8 in Dickenrichtung der Leiterplatte 1 eine Breite aufweist, die kleiner ist als die Dicke der Leiterplatte 1. Das heißt, dass sich der Steckkontakt 8 nur über eine Teildicke der Leiterplatte 1 zwischen den beiden Flachseiten der Leiterplatte 1 erstreckt. Die Breite des Steckkontakts 8 ist in Abhängigkeit der für den Einsatzzweck der des Steckkontakts 8 geforderten Stromtragfähigkeit festgelegt. Um bei der in diesem Ausführungsbeispiel eingesetzten Durchsteckmontage ein Festlöten des Steckkontakts 8 an anderen Stellen als den Lötpins 15, 16, 17 zu verhindern, ist die Breite des Steckkontakts kleiner als die Dicke der Leiterplatte 1. Die sich von den Kontaktarmen 12, 13, 14 in Dickenrichtung der Leiterplatte 1 weg erstreckenden Lötpins 15, 16, 17 weisen für die Durchsteckmontage allerdings ein größere Länge auf als die Dicke der Leiterplatte 1.
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4 zeigt eine beispielhafte Anwendung der Leiterplatte 1 mit mehreren daran angebrachten Steckkontakten 8. Hier ist ein elektrischer Stromverteiler 100 für ein Fahrzeug mit einem Basismodul 110 und einer Mehrzahl von Erweiterungsmodulen 120 in einer Draufsicht dargestellt. Es ist erkennbar, dass eine erste Stromschiene 130 gemeinsam mit der dazu parallel angeordneten Leiterplatte 1 in dem Basismodul 110 untergebracht ist. Die Leiterplatte 1 dient hier der Ansteuerung eines hier als beispielhafter Gegensteckkontakt dienenden Relais 140 zum Schalten eines elektrischen Stroms von einem ersten Lastkontakt 150 zu einem anderen Lastkontakt 160 des Relais 140.
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Zur Ansteuerung des Relais 140 weist die Leiterplatte 1 daher ein Paar, also zwei Steckkontakte 8 zur Kontaktierung von Steuerkontakten 170, 180 des Relais 140 auf. Um einen Abstand d zwischen der ersten Stromschiene 130 und einer in dem jeweiligen Erweiterungsmodul 120 untergebrachten, zweiten Stromschiene 190 möglichst gering zu halten, ist die Leiterplatte 1 wiederum hochkant in dem Basismodul 110 ausgerichtet. Das heißt, dass Flachseiten der ersten Stromschiene 130 und der Leiterplatte 1 im Wesentlichen senkrecht zueinander angeordnet sind. Die Steckkontakte 8 sind deshalb zur in 4 obenliegenden Stirnseite 2 der Leiterplatte 1 hin ausgerichtet.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Leiterplatte
- 2
- (erste) Stirnseite
- 3
- (erste) Stirnfläche
- 4
- Ausklinkung
- 5
- erste Ausklinkungsfläche
- 6
- zweite Ausklinkungsfläche
- 7
- dritte Ausklinkungsfläche
- 8
- Steckkontakt
- 9
- Basisteil
- 10
- erster Federarm
- 11
- zweiter Federarm
- 12
- erster Kontaktarm
- 13
- zweiter Kontaktarm
- 14
- dritter Kontaktarm
- 15
- erster Lötpin
- 16
- zweiter Lötpin
- 17
- dritter Lötpin
- 100
- elektrischer Stromverteiler
- 110
- Basismodul
- 120
- Erweiterungsmodul(e)
- 130
- erste Stromschiene
- 140
- Gegensteckkontakt (z.B. Steck-Relais)
- 150
- erster Lastkontakt
- 160
- zweiter Lastkontakt
- 170
- erster Steuerkontakt
- 180
- zweiter Steuerkontakt
- 190
- zweite Stromschiene
- R
- Steckrichtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10352761 B4 [0003]
- EP 1301063 B1 [0004]
