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Die zu Grunde liegende Erfindung betrifft insbesondere eine Steckverbinderlagerung, einen Steckverbinder umfassend eine solche Steckverbinderlagerung, eine den Steckverbinder umfassende elektrische Steckverbindung, sowie einen Energiespeicher mit einer solchen elektrischen Steckverbindung und ein Verfahren zur leistungsseitigen Kontaktierung eines solchen Energiespeichers.
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Beispielsweise bei der elektrischen Kontaktierung von Energiespeichern z. B. in Form von Traktionsbatterien für Elektrofahrzeuge, insbesondere Elektroautos, sind vergleichsweise zuverlässige und vergleichsweise einfach zu verbindende Kontaktsysteme zur Verbindung von Traktionsbatterie und zugeordneten Abnehmern, insbesondere einem Fahrmotor, wünschenswert. Insbesondere sind leistungsseitige Kontaktschnittstellen wünschenswert, welche in mechanischer Hinsicht in einfacher Weise verbunden werden können, und welche gleichzeitig in elektrischer Hinsicht zuverlässige und sichere elektrische Verbindungen ermöglichen.
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In der
DE 199 19 598 C2 wird eine Verbindungsvorrichtung für die mechanische und elektrische Verbindung eines elektrischen Steckverbinderteils an einen Anschlussblock beschrieben. Die Verbindungsvorrichtung kann rechteckig mit drei Kammern ausgebildet sein, die nach oben und unten offen sind. Die Kammern dienen zur Aufnahme von Steckverbinderteilen. Die vier äußeren Seitenwände der Verbindungsvorrichtung sind jeweils mit einem Paar Federlaschen bzw. einer Federlasche bestückt, die sich in Richtung der Steckachse von Steckverbinderteil und Anschlussblock erstrecken. Diese Federlaschen dienen dazu, in Kanäle in einer unteren Abdeckung für den Anschlussblock einzuschnappen, so dass die Verbindungsvorrichtung von der Abdeckung aufgenommen wird. Die Innenwände der Kammern sind mit oberen und unteren Anschlägen versehen. Hierdurch sind die Steckverbinderteile in ihren Kammern und die schwimmende Verbindungsvorrichtung frei, zwischen den oberen und unteren Anschlägen zu schwimmen.
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Ausgehend davon kann es als eine Aufgabe der Erfindung angesehen werden, eine Möglichkeit bereitzustellen, mit welcher elektrische Steckverbindungen, insbesondere bei Traktionsbatterien bei Elektrofahrzeugen, insbesondere Elektroautos, mechanisch und/oder elektrisch in einfacher Weise und sicher hergestellt werden können und/oder welche eine vergleichsweise zuverlässige und betriebssichere elektrische Kontaktierung ermöglichen.
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Diese Aufgabe wird insbesondere gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche, betreffend z. B. eine Steckverbinderlagerung, einen Steckverbinder umfassend eine solche Steckverbinderlagerung, eine den Steckverbinder umfassende elektrische Steckverbindung, sowie einen Energiespeicher mit einer solchen elektrischen Steckverbindung und ein Verfahren zur leistungsseitigen Kontaktierung eines solchen Energiespeichers. Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich insbesondere aus den abhängigen Patentansprüchen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung und den anliegenden Figuren.
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Die hierin beschriebenen Merkmale und Merkmalskombinationen gemäß der zu Grunde liegenden Erfindung sind nicht durch die in den Patentansprüchen gewählte(n) Merkmalskombination(en) und die gewählten Rückbeziehungen beschränkt. Jedes Merkmal einer Anspruchskategorie, beispielsweise einer Vorrichtung, kann beispielsweise auch in einer anderen Anspruchskategorie, beispielsweise einem Verfahren beansprucht werden. Ferner kann jedes Merkmal in den Patentansprüchen, auch unabhängig von der jeweiligen patentanspruchsgemäßen Rückbeziehung, beispielsweise in einer beliebigen Kombination mit einem oder mehreren anderen Merkmal(en) der Patentansprüche oder der nachfolgenden Beschreibung beansprucht werden. Ferner kann jedes Merkmal, das in der nachfolgenden Beschreibung und/oder den anhängenden Zeichnungen beschrieben oder offenbart ist, für sich, unabhängig oder losgelöst von dem Zusammenhang, in dem es steht, allein oder in jeglicher Kombination mit einem oder mehreren anderen Merkmalen, das oder die in den Patentansprüchen, der Beschreibung und/oder in den Zeichnungen beschrieben oder offenbart ist oder sind, beansprucht werden.
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In einer Ausgestaltung der Erfindung gemäß Patentanspruch 1 ist eine Steckverbinderlagerung vorgesehen, welche dazu ausgebildet und eingerichtet ist zur schwimmenden Lagerung einer elektrischen Steckerkupplung.
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Unter einer Steckerkupplung soll insbesondere ein Steckerelement mit vorgegebener Steckergeometrie verstanden werden, das mit einem Gegensteckerelement mit komplementärer Steckergeometrie in einem Steckvorgang längs einer Steckachse verbunden werden kann. Bei der Steckerkupplung kann es sich beispielsweise um einen Kupplungsstecker, oder kurz: Stecker, oder um eine Kupplungsbuchse, oder kurz: Buchse, handeln.
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Die Steckverbinderlagerung umfasst einen Tragkörper mit zumindest einer Aufnahme für jeweils zumindest einen, insbesondere elektrischen, Steckverbinder. Der Steckverbinder kann beispielsweise ein elektrisches Kontaktelement, wie beispielsweise einen Steckerstift, eine Steckerzunge, insbesondere eine Flachsteckzunge, oder eine Steckerbuchse oder Steckerhülse, insbesondere Flachsteckhülse, oder anderweitige Kontaktelemente umfassen.
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Die Aufnahme definiert bei der vorgeschlagenen Steckverbinderlagerung eine Steckachse für die Steckerkupplung, was insbesondere bedeuten soll, dass durch die Anordnung und/oder Geometrie und/oder Lage der Aufnahme relativ zum Tragkörper die Steckachse festlegt, entlang welcher die Steckerkupplung zur Herstellung oder zum Lösen einer Steckverbindung mit einer Gegensteckerkupplung bewegt wird.
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Der Tragkörper der vorgeschlagenen Steckverbinderlagerung umfasst in einer Ausgestaltung der Erfindung gemäß Patentanspruch 1 zumindest vier Schwimmerlagerflächen, welche quer, insbesondere senkrecht, zur Steckachse orientiert sind. Bei einer solchen Schwimmerlagerfläche kann es sich beispielsweise um eine senkrecht zur Steckachse orientierte Seitenfläche des Tragkörpers handeln.
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Der Tragkörper umfasst ferner Schwimmerlager, beispielsweise ausgebildet als eine Schwimmerfeder, wobei die Schwimmerlager von der Schwimmerlagerfläche vorspringend und zur Schwimmerlagerfläche hin elastisch verformbar ausgebildet sind.
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Der Begriff Schwimmerlager soll insbesondere so verstanden werden, dass dieser sowohl ein einzelnes als auch mehrere elastisch verformbare, insbesondere federelastisch verformbare, Lagerelemente umfasst, die jeweils einzeln und/oder in der Gesamtheit eine schwimmende Lagerung des Tragkörpers relativ zu einer Fläche, auf welcher die Schwimmerlager aufliegen oder an welcher die Schwimmerlager anliegen, ermöglichen, zumindest jedoch unterstützen.
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Unter einer schwimmenden Lagerung relativ zu einer Fläche soll insbesondere verstanden werden, dass der Tragkörper in Normalenrichtung der Fläche, insbesondere durch ein oder mehrere Schwimmerlager, einerseits zwar abgestützt ist, andererseits auf Grund der elastischen Eigenschaften der jeweiligen Schwimmerlager jedoch parallel zur Normalenrichtung, relativ zur Fläche bewegbar ist, wobei der Grad der Bewegungsfreiheit in Normalenrichtung durch das oder die Schwimmerlager festgelegt sein kann, beispielsweise durch die Form und/oder den Federweg des oder der Schwimmerlager.
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Mit der vorgeschlagenen Steckverbinderlagerung ist es insbesondere möglich, eine Steckverbindung bereitzustellen, mit welcher fertigungsbedingte Bauteiltoleranzen und/oder Montagetoleranzen von miteinander über eine, insbesondere elektrische, Steckverbindung zu verbindenden Bauteilen in Richtung quer zur Steckachse ausgeglichen werden können. Insbesondere kann bei Verwendung der vorgeschlagenen Steckverbinderlagerung erreicht werden, dass an miteinander verbundenen Steckerkupplungen quer zur Steckachse auftretende oder wirkende mechanische Spannungen vermieden sind. Auf diese Weise kann beispielsweise die Langlebigkeit und/oder Zuverlässigkeit der Steckverbindung verbessert werden, insbesondere in mechanischer Hinsicht bettreffend den Steckvorgang und/oder in elektrischer Hinsicht betreffend z. B. durch die Steckverbindung hergestellten elektrischen Kontakte.
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Insgesamt kann durch die vorgeschlagene Steckverbinderlagerung eine Möglichkeit bereit gestellt werden, mit welcher elektrische Steckverbindungen, beispielsweise bei Traktionsbatterien von Elektrofahrzeugen, insbesondere Elektroautos, mechanisch und elektrisch vergleichsweise einfach hergestellt werden können, und/oder mit welcher z. B. eine vergleichsweise zuverlässige leistungsseitige Kontaktierung erreicht werden kann.
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In Ausgestaltung der Erfindung gemäß Patentanspruch 1 ist vorgesehen, dass der Tragkörper zumindest vier, Schwimmerlagerflächen umfasst, welche jeweils paarweise in entgegengesetzte Richtungen orientiert sind. Beispielsweise können auf voneinander abgewandten Seiten des Tragkörpers ausgebildete, insbesondere parallele, Seitenflächen jeweils als Schwimmerlagerfläche ausgebildet sein. Auf diese Weise kann beispielsweise eine schwimmende Lagerung in Richtung parallel zur Verbindungsachse der jeweiligen Seitenflächen erreicht werden.
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Im Falle eines beispielsweise als Quader ausgebildeten Tragkörpers, bei welchem vier parallel zu einer der Hauptachsen des Quaders gelegene Seitenflächen als Schwimmerlagerflächen mit entsprechenden Schwimmerlagern versehen sind, kann der Tragkörper senkrecht zu dieser Hauptachsen schwimmend gelagert werden. Insbesondere durch eine zweidimensionale, schwimmende Lagerung, d. h. eine schwimmende Lagerung bezüglich zweier zueinander schräg, insbesondere senkrecht, verlaufender Richtungen, oder Hauptachsen, kann vorteilhaft erreicht werden, dass Herstellungs- und/oder Montagetoleranzen ausgeglichen werden können, wobei gleichzeitig eine zuverlässige, sichere und Material schonende, elektrische Verbindung in Richtung der Steckachse gewährleistet werden kann.
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In Ausgestaltungen kann, wie bereits angedeutet, der Tragkörper polyederförmig, insbesondere quaderförmig, ausgebildet sein, und zumindest zwei, optional vier, quer, insbesondere senkrecht, zur Steckachse verlaufende Seitenflächen als Schwimmerlagerflächen aufweisen. In Ausgestaltungen kann der Tragkörper polyederförmig, insbesondere quaderförmig, ausgebildet sein, und sämtliche, die Steckachse umlaufende Seitenflächen können als Schwimmerlagerflächen ausgebildet sein.
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In Ausgestaltungen kann vorgesehen sein, dass das Schwimmerlager in Form einer von der Schwimmerlagerfläche vorspringenden Federzunge ausgebildet ist. Insbesondere solche Federzungen können beispielsweise einstückig mit dem Tragkörper ausgebildet sein. Der Tragkörper und/oder die Schwimmerlager, insbesondere Federzungen oder Federelemente der Schwimmerlager, können z. B. aus einem Kunststoffmaterial hergestellt sein.
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In weiteren Ausgestaltungen kann das Schwimmerlager ein mit dem Tragkörper verbundenes erstes Ende, und ein davon abgewandtes, im entlasteten Zustand von Tragkörper beabstandet gelegenes, insbesondere als freie Ende ausgebildetes, zweites Ende umfassen. Das zweite, z. B. freie, Ende kann in Projektion auf die Schwimmerlagerfläche betrachtet an oder im Bereich einer Seitenkante des Tragkörpers gelegen sein. Insbesondere in diesen Fällen kann der Abstand des ersten Endes zur Seitenkante größer sein als der des zweiten Endes, wobei das Schwimmerlager in dessen Längsrichtung quer, insbesondere senkrecht, zu der oder einer Seitenkante angeordnet sein kann.
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Ein Abstand zwischen dem freien, zweiten Ende und der Schwimmerlagerfläche, d. h. ein entsprechender Federweg des Schwimmerlagers, kann beispielsweise an die ggf. auftretenden, und auszugleichenden Herstellungs- und/oder Montagetoleranzen angepasst sein.
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Der Abstand bzw. Federweg kann beispielsweise bei allen oder zumindest bei allen in einer Dimension wirkenden Schwimmerlagern gleich gewählt sein. Ferner können die Elastizitätskonstanten, insbesondere Federkonstanten, aller oder zumindest aller in einer Dimension wirkenden Schwimmerlager gleich sein.
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Insbesondere bei vorgenannten Ausgestaltungen ist es möglich, dass der Tragkörper durch die Schwimmerlager im unbelasteten Zustand mittig zwischen zwei einander zugewandten Anschlag- oder Anlageflächen positioniert ist, so dass nach beiden Seiten in etwa der gleiche Federweg zur Verfügung steht.
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In Ausgestaltung der Erfindung gemäß Patentanspruch 1 ist vorgesehen, dass eine Längsachse der Schwimmerlager, die beispielsweise als Flach- oder Blattfeder optional mit einer oder mehreren Krümmungen ausgebildet sein können, quer, insbesondere senkrecht zur Steckachse verläuft bzw. ausgerichtet ist. In Ausgestaltungen kann hierbei ein Neigungswinkel des Schwimmerlagers, insbesondere ein Neigungswinkel der Längs- oder Längsmittelachse des Schwimmerlagers gegenüber der Schwimmerlagerfläche als spitzer Winkel ausgebildet sein. Der Neigungswinkel kann z. B. bei allen Schwimmerlagern einer Schwimmerlagerfläche oder bei allen in gleiche Richtung wirkenden Schwimmerlagern gleich sein. Der Neigungswinkel kann beispielsweise weniger als 45 Grad, weniger als 30 Grad, oder auch weniger als 15 Grad betragen.
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In Ausgestaltungen kann das Schwimmerlager zumindest ein von der Schwimmerlagerfläche weg gekrümmtes Lagersegment und/oder zumindest ein zur Schwimmerlagerfläche hin gekrümmtes Lagersegment umfassen. Beispielsweise kann das Schwimmerlager ein oder mehrere gleich oder gegensinnig gekrümmte Segmente umfassen wodurch beispielsweise in den Schwimmerlagern und/oder korrespondierenden Auflageflächen auftretende Spannungen und/oder Kraftwirkungen optimiert, insbesondere minimiert werden können.
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In Ausgestaltungen können zumindest zwei, vorzugsweise alle Schwimmerlager einer Schwimmerlagerfläche verschiedene oder gleiche Längen, gemessen beispielsweise entlang der Längsmittelachse, aufweisen. Insbesondere durch Wahl einer jeweils geeigneten Länge und/oder Form kann der Elastizitätsmodul bzw. die Federhärte des/der jeweiligen Schwimmerlager an die lokal auftretenden bzw. zu erwartenden Kräfte angepasst werden.
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Der Abstand der Schwimmerlager zur Schwimmerlagerfläche kann bei gleicher oder aber auch unterschiedlicher Länge jeweils gleich sein, oder es können verschiedene Abstände vorhanden sein. Im letzten Fall können Anordnungen erreicht werden, bei welchen bei unbelasteten Schwimmerlagern nur ein Teil an einer etwaigen Stützfläche anliegt, und bei zunehmender Belastung die Zahl der anliegenden und zur elastisch schwimmenden Lagerung beitragenden Schwimmerlager zunimmt. Beispielsweise kann auf diese Weise erreicht werden, dass insbesondere in der Anfangsphase der Herstellung einer Steckverbindung vergleichsweise geringe Kräfte zur Bewegung des Tragkörpers innerhalb der schwimmenden Lagerung erforderlich sind, wodurch der Steckvorgang insbesondere aus mechanischer Sicht vereinfacht werden kann.
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In Ausgestaltungen kann vorgesehen sein, dass in einer gemeinsamen Schwimmerlagerfläche vorhandene Schwimmerlager bezüglich ihrer Längserstreckung parallel zueinander, d. h., insbesondere unter Berücksichtigung etwaiger Fertigungstoleranzen, im Wesentlichen parallel zueinander, ausgerichtet sind. Insbesondere ist es möglich, dass an einander abgewandten Schwimmerlagerflächen des Tragkörpers vorhandene Schwimmerlager bezüglich ihrer Längserstreckung parallel, d. h. im Wesentlichen parallel, zueinander ausgerichtet sind. Durch eine parallele Ausrichtung der Schwimmerlager, beispielsweise senkrecht oder im Wesentlichen senkrecht zur Steckachse bzw. senkrecht zur Richtung der Steckachse, kann beispielsweise die Gefahr des Verkantens der Steckerkupplungen, insbesondere in Bereich der Anfangsphase der Herstellung einer Steckverbindung, verringert werden.
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In Ausgestaltungen weisen die in einer gemeinsamen Schwimmerlagerfläche gelegenen Schwimmerlager, oder jeweils an voneinander abgewandten Schwimmerlagerflächen gelegenen Schwimmerlager, gleiche geometrische Formen auf. In Varianten kann auch vorgesehen sein, dass alle Schwimmerlager dieselbe geometrische Form, oder im Wesentlichen die gleiche geometrische Form aufweisen.
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Unter einer gleichen geometrischen Form soll insbesondere verstanden werden, dass die Formen der Schwimmerlager etwa bis auf Skalierung und Orientierung relativ zur Schwimmerlagerfläche gleich sind.
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In Varianten kann vorgesehen sein, dass die Schwimmerlager zumindest einer Schwimmerlagerfläche, beispielsweise die Schwimmerlager einer einzigen oder die Schwimmerlager zweier voneinander abgewandter in gleicher Lagerrichtung wirkender Schwimmerlagerflächen, zueinander kongruente geometrische Formen aufweisen. Insbesondere auf diese Weise können für die betroffenen Schwimmerlagerflächen isotrope Lagerungseigenschaften erzielt werden, was zur Vereinfachung des mechanischen Steckvorgangs beitragen kann.
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In Ausgestaltung der Erfindung gemäß Patentanspruch 1 sind die in einer gemeinsamen Schwimmerlagerfläche gelegenen Schwimmerlager paarweise zueinander entgegengesetzt ausgerichtet, insbesondere können die Schwimmerlager paarweise so angeordnet sein, dass deren Orientierung bezüglich einer senkrecht zur Schwimmerlagerfläche verlaufenden Achse um 180 Grad verdreht zueinander verdreht orientiert oder ausgerichtet sind.
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In Ausgestaltungen, in welchen die Schwimmerlager ein festes und ein freies Ende aufweisen, können die paarweisen Schwimmerlager beispielsweise derart angeordnet sein, dass die ersten Enden einander zugewandt, und die zweiten Enden voneinander abgewandt angeordnet sind. Paarweise entgegengesetzt zueinander angeordnete Schwimmerlager können beispielsweise in senkrecht zur Steckachse verlaufenden Spalten vorhanden sein, wobei in solchen Spalten die paarweisen Schwimmerlager bezüglich ihrer Längsmittelachse im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet sein können.
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Möglich ist es in Ausgestaltungen, dass die Schwimmerlager, oder zumindest ein Teil der Schwimmerlager so angeordnet sind/ist, dass in einer, insbesondere parallel zur Steckachse verlaufenden, Reihe angeordnete Schwimmerlager bezüglich ihrer Längsmittelachsen, insbesondere paarweise, gleich ausgerichtet oder orientiert sind.
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In weiteren Ausgestaltungen kann vorgesehen sein, dass zumindest eine Schwimmerlagerfläche mehrere, zumindest jedoch zwei, in einer zur Steckachse im Wesentlichen parallel verlaufenden Schwimmerlagerreihe angeordnete Schwimmerlager umfasst. Zumindest eine der Schwimmerlagerflächen kann in Varianten zumindest zwei parallel zueinander verlaufende Schwimmerlagerreihen umfassen, die beispielswiese entlang voneinander abgewandter Seitenkanten des Tragkörpers verlaufen können.
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Die Schwimmerlager einer Schwimmerlagerreihe können, insbesondere in Blickrichtung parallel zur Steckachse, im Wesentlichen deckungsgleich hintereinander angeordnet sein, und/oder die Schwimmerlager einer Schwimmerlagerreihe können bezüglich ihrer Längsmittelachsen gleich, beispielsweise parallel zueinander, orientiert angeordnet sein.
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Die Schwimmerlager einer Schwimmerlagerreihe können in weiteren Varianten bezüglich ihrer Längsrichtung, insbesondere Längsmittelachse, im Wesentlichen senkrecht zur jeweiligen Schwimmerlagerreihe angeordnet sein.
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In Ausgestaltungen können an voneinander abgewandten Seiten des Tragkörpers jeweils gleich viele Schwimmerlager und/oder Schwimmerlagerreihen vorhanden sein.
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Insbesondere die vorweg beschriebenen Ausgestaltungen und Varianten betreffend Anordnung, Form und/oder Ausrichtung der Schwimmerlager ermöglichen sowohl in mechanischer Hinsicht als auch in elektrischer Hinsicht eine vergleichsweise einfache und komplikationsfreie Ausführung eines Steckvorgangs und damit einhergehend zumindest eine sichere elektrische Kontaktierung elektrischer Kontaktelemente der Steckerkupplungen.
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In Ausgestaltung der Erfindung gemäß Patentanspruch 1 ist vorgesehen, dass der Tragkörper zumindest eine, optional einstückig mit dem Tragkörper ausgebildete, zur Verbindung mit einer Gegensteckerkupplung eingerichtete Steckerkupplung umfasst.
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Die Steckerkupplung ist als Stecker (männlicher Teil der der Steckerkupplungsverbindung) oder als Buchse (weiblicher Teil der der Steckerkupplungsverbindung) ausgebildet. Eine Kupplungsachse der Steckerkupplung, d. h. die parallel zur Steckrichtung orientierte Achse der Steckerkupplung, verläuft parallel zur Steckachse.
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In Ausgestaltungen kann die Steckerkupplung eine Aufnahmekammer zur Aufnahme und Halterung eines elektrischen Steckkontakts umfassen, wobei die Aufnahmekammer derart, beispielsweise als Hausung, ausgebildet sein kann, dass nach außen hin eine ausreichende elektrische Isolation des Steckkontakts erreicht wird.
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Bei dem Steckkontakt kann es sich beispielsweise um einen leistungsseitigen Kontakt zur Verbindung mit einer Batterie, beispielsweise einer Traktionsbatterie handeln. Die Steckerkupplung, insbesondere der Steckkontakt kann insbesondere in solchen Fällen als ein sog. Hochvoltsteckkontakt für Spannungen beispielsweise im Bereich von mehreren hundert Volt, z. B. 400 V–600 V oder mehr, ausgebildet sein. Insbesondere im Bereich der Hochvoltstecker ist ein entsprechend der erfindungsgemäßen Lösung mechanisch und elektrisch einfach und sicher durchführbarer Steckvorgang von großem Vorteil.
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In Ausgestaltung der Erfindung gemäß Patentanspruch 1 ist vorgesehen, dass die Steckerkupplung zumindest eine bezüglich der Richtung der Steckachse um einen vorgegebenen Neigungswinkel geneigte Zentrierfläche umfasst. Die Zentrierfläche ist derart ausgebildet, dass diese bei oder während eines Steckvorgangs zur Herstellung einer Steckverbindung mit einer Gegensteckerkupplung an einer Gegenzentrierfläche oder einer Gegenzentrierschulter der Gegensteckerkupplung entlanggleitet oder entlanggleiten kann. Insbesondere kann durch eine oder mehrere derart ausgebildete Zentrierflächen erreicht werden, dass Steckerkupplung und Gegensteckerkupplung, insbesondere bereits in einer frühen Phase des Zusammensteckens, axial fluchtend zueinander ausgerichtet und positioniert werden.
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In Ausgestaltungen kann die Zentrierfläche zumindest eine Vorzentrierfläche und zumindest eine dieser entgegen der Steckrichtung nachgeschaltete Hauptzentrierfläche umfassen. Durch ein oder mehrere Vorzentrierflächen und eine oder mehrere nachgeschaltete Hauptzentrierflächen kann ein in mechanischer und elektrischer Hinsicht optimierter Steckvorgang umgesetzt werden, umfassend beispielsweise eine Grobausrichtung zu Beginn des Steckvorgangs und eine im Wesentlichen fluchtende Ausrichtung in der Phase des Inkontaktbringens jeweiliger Kontaktelemente. Insbesondere bei Hochvoltverbindungen ermöglichen solche Steckverbinder bzw. die damit ermöglichten Steckvorgänge eine sichere elektrische Verbindung korrespondierender Hochvoltkontakte.
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Nachgeschaltet zur Hauptzentrierfläche kann ferner noch eine Haltefläche vorhanden sein, die derart ausgebildet ist, dass diese im zusammengesteckten Zustand, d. h. nach vollständiger Ausführung des Steckvorgangs, an einer komplementären Gegenhaltefläche anliegt, und beispielsweise Steckerkupplung und Gegensteckerkupplung in Richtung der Steckachse reib- und/oder formschlüssig miteinander verbindet. Die Haltefläche kann beispielsweise durch eine Hauptzentrierfläche verwirklicht sein.
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In Ausgestaltungen kann ein Neigungswinkel der Vorzentrierfläche, insbesondere aller Vorzentrierflächen, d. h. ein Neigungswinkel der Vorzentrierfläche gegenüber der Steckachse, größer sein als ein Neigungswinkel der oder aller Hauptzentrierflächen. In Varianten ist es möglich, dass die Neigungswinkel entlang der Steckachse aufeinander folgenden Vorzentrierflächen und Hauptzentrierflächen kontinuierlich, bzw. graduell oder schrittweise kleiner werden. Insbesondere auf diese Weise kann ein Verkanten zu Beginn des Steckvorgangs, selbst bei vergleichsweise großer Positionsabweichung von Steckerkupplung und Gegensteckerkupplung, vermieden werden, und es kann während des Steckvorgangs eine im Wesentlichen optimale, axial fluchtende Ausrichtung der elektrischen Kontakte bei bzw. unmittelbar vor der Herstellung des elektrischen Kontakts bzw. bei und unmittelbar vor Inkontaktbringen jeweiliger elektrischer Kontakte sichergestellt werden.
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In Ausgestaltungen kann vorgesehen sein, dass die Zentrierfläche, insbesondere die Hauptzentrierfläche/n und/oder die Vorzentrierfläche/n als Zylinderstumpf mit runder, ovaler oder polygonaler, insbesondere im Wesentlichen rechteckiger, Leitkurve ausgebildet ist. Unter der Leitkurve soll insbesondere eine die Grundfläche des jeweiligen Zylinderstumpfs definierende Kurve verstanden werden.
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Die Zentrierfläche/n und/oder die Haltefläche/n können in Varianten beispielsweise parallel zur Steckachse verlaufende Führungsnuten und/oder Führungsstege aufweisen, durch welche beispielsweise die Führung der Steckerkupplung während des Steckvorgangs weiter verbessert werden kann.
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In Ausgestaltungen kann vorgesehen sein, dass die Steckverbinderlagerung des Weiteren eine Montageschale mit zumindest einer Gegenlagerfläche umfasst, wobei der Tragkörper mit der Montageschale derart gekoppelt sein kann, dass die Schwimmerlager zumindest einer Schwimmerlagerfläche, vorzugsweise einer jeden Schwimmerlagerfläche, jeweils an einer Gegenlagerfläche angeschlagen sind bzw. an einer Gegenlagerfläche anliegen.
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Die Montageschale kann beispielsweise dazu ausgebildet sein, an einer Haltestruktur befestigt zu werden, wobei der Tragkörper in der Montageschale durch die Wirkung der miteinander in Kontakt befindlichen Gegenlagerfläche und Schwimmerlager schwimmend gelagert ist.
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In Ausgestaltungen kann vorgesehen sein, dass Schwimmerlager zumindest zweier, insbesondere einander abgewandt ausgerichteter oder orientierter, Schwimmerlagerflächen an korrespondierenden Gegenlagerflächen angeschlagen sind. In Ausgestaltungen kann die die Montageschale den Tragkörper in Umfangsrichtung bezüglich der Steckachse umgreifen, insbesondere vollständig umgreifen, wobei beispielsweise Schwimmerlager zumindest zwei einander abgewandter Schwimmerlagerflächen an einander zugewandte Innenflächen der Montageschale angeschlagen bzw. mit den Innenflächen in Kontakt sein können.
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In Ausgestaltungen kann die Montageschale optional mehrstückig, insbesondere zweischalig, ausgebildet sein, wobei beispielsweise einzelne Teilschalen miteinander durch form- und/oder kraftschlüssige Verbinderelemente, wie z. B. Rastelemente und Rastverbindungen, Schraubverbindungen usw., miteinander verbunden sein können.
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In Ausgestaltungen kann die Montageschale des Weiteren ein oder mehrere Befestigungselemente, insbesondere in Form von einer oder mehrerer Befestigungsösen umfasst. Beispielsweise können voneinander abgewandt ausgerichtete Außenflächen der Montageschale jeweils Befestigungselemente aufweisen, anhand welcher die Montageschale, mit darin aufgenommenem Tragkörper, an einer Tragstruktur, z. B. einem Traggestell, befestigt werden kann.
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In Ausgestaltungen kann die Montageschale in Schnitten parallel zur Steckachse eine U-förmige Struktur oder Kontur aufweisen, und es kann vorgesehen sein, dass flanschartige Schenkel der U-förmigen Struktur die parallel zur Steckachse orientierten Stirnseiten des Tragkörpers teilweise übergreifen.
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In Ausgestaltungen kann vorgesehen sein, dass die parallel zur Steckachse orientierten Stirnseiten unmittelbar an Innenflanken oder Innenseiten der Schenkel angeschlagen sind. Beispielsweise kann auf diese Weise erreicht werden, dass der Tragkörper in einer Richtung parallel zur Steckachse mit reduziertem, insbesondere minimalem Spiel, weiter insbesondere spielfrei, angeordnet ist. Auf diese Weise kann erreicht werden, dass sich der Tragkörper parallel zur Richtung der Steckachse im Montagerahmen im Wesentlichen fixiert ist und bei Durchführung eines Steckvorgangs nicht maßgeblich in Richtung parallel zur Steckachse mitgenommen wird.
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In Ausgestaltungen kann vorgesehen sein, dass zumindest ein an einer Innenfläche der Montageschale angeschlagenes oder anliegendes Schwimmerlager in einer Richtung parallel zur Steckachse unmittelbar zwischen zwei einander zugewandten Anschlagflächen angeordnet ist. Die Anschlagflächen können in Richtung parallel zur Steckachse beispielsweise so weit voneinander beabstandet sein, dass das jeweilige Schwimmerlager, zumindest im Bereich eines mit einer Gegenlagerfläche der Montageschale in Kontakt befindlichen Abschnitts, im Wesentlichen spielfrei zwischen den Anschlagflächen positioniert ist bzw. parallel zur Steckrichtung beiderseitig an entsprechende Anschlagflächen angeschlagen ist, d. h. mit diesen Anschlagflächen in Kontakt ist. Hier kann beispielsweise erreicht werden, dass der Tragkörper, zumindest jedoch die Schwimmerlager parallel zur Steckachse im Wesentlichen spielfrei positioniert sind, so dass bei Durchführung eines Steckvorgangs eine übermäßige Mitbewegung des Tragkörpers parallel zur Steckachse vermieden werden kann.
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In Ausgestaltungen kann vorgesehen sein, dass die Anschlagflächen, d. h. zumindest ein Teil der Anschlagflächen, an quer, insbesondere senkrecht, zur Steckachse verlaufenden, an der Innenseite der Montageschale vorhandenen Rippen und/oder Vertiefungen ausgebildet sind. Solche Schalen oder Teilschalen können beispielsweise vergleichsweise einfach, z. B. im Spritzguss, hergestellt werden. Eine oder mehrere der Anschlagflächen kann bei U-förmigem Querschnitt der Montageschale in ebenen parallel zur Steckachse beispielsweise an Innenflächen der Schenkel der ausgebildeten U-förmigen Struktur vorhanden sein. Oder anders ausgedrückt, ein oder mehrere Schwimmerlager können in einer Richtung parallel zur Steckachse an die Innenseiten der Schenkel angeschlagen sein, wobei ein jeweiliges Schwimmerlager an einer vom Schenkel abgewandten Seite an einem durch eine Rippe oder eine Vertiefung ausgebildete Anschlagfläche angeschlagen bzw. in Kontakt sein kann.
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In Ausgestaltungen kann vorgesehen sein, dass ein in Richtung parallel zur Steckachse gemessener Abstand zwischen zwei einander zugewandten, unmittelbar benachbarten Anschlagflächen im Wesentlichen gleich groß ist wie die in Richtung parallel zur Steckachse gemessene Breite des Schwimmerlagers zumindest im Kontaktbereich zur Innenwand der Montageschale. Insbesondere bei solchen Ausgestaltungen können die Schwimmerlager parallel zur Scheckachse zwischen zwei Anschlagflächen, insbesondere im Wesentlichen spielfrei, fixiert sein.
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In Ausgestaltungen der Erfindung nach beispielsweise Anspruch 7 kann ein elektrischer Steckverbinder vorgesehen sein, welcher zumindest eine Steckverbinderlagerung nach einem der hierin beschriebenen erfindungsgemäßen Ausgestaltungen umfasst. Wegen Vorteilen und vorteilhaften Wirkungen zum Steckverbinder wird auf die obigen sowie auch auf die nachfolgenden Ausführungen verwiesen, die entsprechend gelten sollen.
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In Ausgestaltungen kann vorgesehen sein, dass der Steckverbinder zumindest ein in der oder durch die Steckverbinderlagerung gehaltertes elektrisches Kontaktelement umfasst, welches ausgebildet und eingerichtet ist, in einem Steckvorgang mit einem korrespondierenden Gegenkontaktelement elektrisch leitend verbunden zu werden.
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In Ausgestaltungen kann der elektrische Steckverbinder zumindest zwei in Richtung parallel zur Steckachse vom Tragkörper vorspringende Stecker zur Ausbildung einer Steckverbindung mit einer korrespondierenden Buchse umfassen. In weiteren Ausgestaltungen kann der Steckverbinder ferner eine zwischen den Steckern ausgebildete Buchsenaufnahme oder Buchse zur Ausbildung einer Steckverbindung mit einem korrespondierenden Stecker umfassen.
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In Ausgestaltungen können die Stecker des Tragkörpers zur Aufnahme von Hochvoltsteckerkontakten, beispielsweise entgegengesetzter Polarität, und die Buchsenaufnahme bzw. Buchse des Tragkörpers zur Aufnahme oder Halterung von Niedervoltsteckerkontakten ausgebildet und eingerichtet sein. Bezüglich der Hochvoltsteckerkontakte wird auf die Ausführungen weiter oben betreffend insbesondere die leistungsseitige Kontaktierung einer Traktionsbatterie verwiesen. Die Niedervoltsteckkontakte können beispielsweise im Zusammenhang mit Signal- und/oder Überwachungs- und/oder Steuerungsleitungen vorgesehen sein, beispielsweise zur Überwachung und/oder Ladungssteuerung einzelner Zellen einer Traktionsbatterie.
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In Ausgestaltungen können die Stecker des Tragkörpers in Schnitten senkrecht zur Steckachse eine im Wesentlichen rechteckförmige Kontur aufweisen. Ferner ist es möglich, dass die Stecker des Tragkörpers an deren Außenseiten parallel zur Richtung der Steckachse verlaufende Steckführungen, insbesondere Führungsnuten oder Führungsrippen, umfassen, wobei die Steckführungen beispielsweise derart ausgebildet sein können, dass deren quer zur Steckachse gemessene Breite in einer Richtung zum Tragkörper hin zunimmt.
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Insbesondere durch die Ausgestaltungen des Steckverbinders können ggf. weitere Vorteile im Hinblick auf die mechanische und elektrische Durchführung eines Steckvorgangs erreicht werden.
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In Ausgestaltungen der Erfindung beispielsweise nach Anspruch 8 kann eine elektrische Steckverbindung vorgesehen sein, welche zumindest einen Steckverbinder nach einer der hierin beschriebenen Ausgestaltungen umfasst, sowie zumindest einen in Richtung der Steckachse mit dem Steckverbinder verbundenen oder verbindbaren Gegensteckverbinder. Der Steckverbinder kann einen ersten elektrischen Steckkontakt, und der Gegenstecker kann zumindest einen zweiten elektrischen Steckkontakt umfassen, wobei der erste und der zweite elektrische Steckkontakt derart ausgebildet und eingerichtet sind, dass bei Vorliegen einer Steckverbindung zwischen Steckverbinder und Gegensteckverbinder elektrisch unmittelbar miteinander verbunden sind. Wegen Vorteilen und vorteilhaften Wirkungen der elektrischen Steckverbindung wird auf die obigen sowie auch auf die nachfolgenden Ausführungen verwiesen, die entsprechend gelten sollen.
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In Ausgestaltungen der Erfindung beispielsweise nach Anspruch 9 kann ein Energiespeicher, insbesondere eine Traktionsbatterie, vorgesehen sein. Der Energiespeicher kann zumindest eine elektrische Energiespeicherzelle mit zumindest zwei zur Leistungsentnahme ausgebildeten Leistungsabgriffen entgegengesetzter Polarität aufweisen. Die Leistungsabgriffe können beispielsweise mit Zellpolen des Energiespeichers verbunden sein. Der Energiespeicher kann in Ausgestaltungen mehrere in Reihe geschaltete Speicherzellen, insbesondere elektrochemische Zellen, umfassen, wobei die Leistungsabgriffe bezüglich der in Reihe geschalteten Speicherzellen an endstelligen Zellpolen vorhanden bzw. mit diesen verbunden sein können.
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Der Energiespeicher weist des Weiteren eine elektrische Steckverbindung nach einer der hierin erfindungsgemäß beschriebenen Ausgestaltungen auf. Die Steckverbindung kann zumindest zwei, jeweils einem Leistungsabgriff zugeordnete Stecker-Buchsen-Paare umfassen. Elektrisch unmittelbar miteinander verbundene Kontaktelemente des jeweiligen Stecker-Buchsen-Paars können beispielsweise über eine Kontaktierungseinheit, z. B. einer Leitungsführung eines Zellkontaktierungssystems, mit dem jeweiligen Leistungsabgriff elektrisch leitend verbunden sein.
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In Ausgestaltungen kann die Kontaktierungseinheit als solche als Zellkontaktierungssystem zur elektrischen Verschaltung, insbesondere Reihen-Verschaltung, einer Mehrzahl an elektrischen, insbesondere elektrochemischen, Energiespeicherzellen, ausgebildet sein. Alternativ kann die Kontaktierungseinheit, wie bereits angedeutet Bestandteil eines solchen Kontaktierungssystems sein.
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In Ausgestaltungen können zur Leistungsentnahme vorgesehene Buchsen oder Stecker der Steckverbindung am Zellkontaktierungssystem, insbesondere integriert mit dem Zellkontaktierungssystem, ausgebildet sind. Beispielsweise können in Ausgestaltungen Steckerbuchsen der Steckverbindung integraler Bestandteil des Zellkontaktierungssystems sein, und ein korrespondierender Stecker kann als freies Steckelement oder als an einer Tragstruktur festgelegtes Steckelement ausgebildet sein.
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Insbesondere für Traktionsbatterien eignen sich Lösungen, bei welchen die Steckverbindung bzw. ein Teil der Steckverbindung fest mit dem Zellkontaktierungssystem verbunden, insbesondere integraler Bestandteil des Zellkontaktierungssystems ist. Auf diese Weise kann beispielsweise der elektrische Anschluss einer Traktionsbatterie an vorgesehene Abnehmer vereinfacht werden. Beispielsweise können am Zellkontaktierungssystem vorhandene Buchsen durch eine Bewegung der gesamten Traktionsbatterie mit daran fest angeschlossenem Zellkontaktierungssystem in Richtung der Steckachse mit korrespondierenden Steckern, die beispielsweise mit einer erfindungsgemäßen Steckverbinderlagerung an einer Tragstruktur, wie z. B. einer Traktionsbatterieaufnahme, festgelegt sein können, sowohl mechanisch als auch elektrisch miteinander verbunden werden.
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Insbesondere kann der Anschluss bzw. ein Austausch einer Traktionsbatterie vergleichsweise einfach durchgeführt werden, wobei Montage- und/oder konstruktionsbedingte Toleranzen und/oder Positionsabweichungen zwischen Buchsen und Stecker durch eine erfindungsgemäße Steckverbinderlagerung ausgeglichen werden können.
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Die Steckverbinderlagerung ist vorzugsweise dazu vorgesehen, Stecker oder Buchsen an einer Tragstruktur in Richtungen quer zur Steckachse schwimmend zu lagern. Optional oder zusätzlich ist es auch möglich, Buchsen oder Stecker an der Traktionsbatterie oder dem zugehörigen Zellkontaktierungssystem quer zur Steckachse schwimmend zu lagern.
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Der Energiespeicher bzw. die Steckverbindung kann, beispielsweise im Falle der Verwendung bei einer Traktionsbatterie, des Weiteren noch einen oder mehrere Niedervoltkontakte umfassen. Die Niedervoltkontakte können beispielsweise im Zusammenhang mit Steuer- und/oder Überwachungsschaltungen für die Zellen der Energiespeichers, insbesondere der Traktionsbatterie, vorgesehen sein. Eine entsprechende Steckverbindung kann beispielsweise neben mehreren leistungsseitigen Steckkupplungen zumindest eine weitere Steckkupplung mit einem oder mehreren elektrischen Kontaktelementen umfassen.
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In Ausgestaltungen der Erfindung beispielsweise nach Anspruch 9 kann ein Verfahren zur zumindest leistungsseitigen Kontaktierung eines Energiespeichers, insbesondere Traktionsbatterie, vorgesehen sein, wobei der Energiespeicher entsprechend einer der vorweg beschriebenen Ausgestaltungen ausgebildet sein kann.
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Bei dem Verfahren kann in einem verfahrensgemäßen Schritt unter Verwendung einer elektrischen Steckverbindung nach einer der hierin beschriebenen erfindungsgemäßen Ausgestaltungen eine elektrische Verbindung zwischen Leistungsabgriffen des Energiespeichers, insbesondere der Traktionsbatterie, und einem elektrischen Verbraucher, beispielsweise einem Traktionsmotor, hergestellt werden.
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Bei dem Steckvorgang wird in einem parallel zur Steckachse der Steckverbindung erfolgenden Steckvorgang eine am Energiespeicher ausgebildete, mit den Leistungsabgriffen verbundene erste Steckerkupplung der Steckverbindung mit einer an einer Tragstruktur in Richtung parallel zur Steckachse, insbesondere im Wesentlichen, ortsfest angebrachten zweiten Steckerkupplung der Steckverbindung verbunden.
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Die zweite und/oder erste Steckerkupplung ist/sind quer, insbesondere senkrecht, zur Steckachse durch eine Steckverbinderlagerung nach einer der hierin beschriebenen erfindungsgemäßen Ausgestaltungen schwimmend gelagert.
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Bei dem Verfahren, insbesondere beim Vorgang der Herstellung der Steckverbindung, werden die Steckerkupplungen des Steckverbinders in Folge der Ausführung des parallel zur Steckachse erfolgenden Steckvorgangs auf Grund der schwimmenden Lagerung in einer Richtung quer zur Steckachse automatisch zueinander zentriert. Die Zentrierung erfolgt dadurch, dass die Schwimmerlager zumindest einer Steckverbinderlagerung durch den Steckvorgang, genauer durch die parallel zur Steckachse erfolgende Steckbewegung, quer zur Steckachse ausgelenkt werden, so dass die korrespondierenden mit dem Tragkörper verbundenen Steckerkupplungen bezüglich der Steckachse zueinander fluchtend positioniert werden.
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Die automatische Zentrierung bzw. die automatisierte fluchtende Ausrichtung der Steckerkupplungen und damit vorgesehener elektrischer Kontakte kann insbesondere erreicht werden indem Zentrierungsflächen, insbesondere die weiter oben genannten Zentrierungsflächen bzw. Hauptzentrierungsflächen der Steckerkupplungen, aneinander entlang gleiten so dass die elektrischen Kontakte in Steckrichtung zueinander fluchtend ausgerichtet werden.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es im Zusammenhang mit der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Steckverbinderlagerung, einen Energiespeicher, insbesondere eine Traktionsbatterie, in einem vereinfachten Steckvorgang mit einem elektrischen Verbraucher zu verbinden.
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Insbesondere aufgrund der Wirkungsweise der vorgeschlagenen Steckverbinderlagerung kann der gesamte Steckvorgang auf eine im Wesentlichen eindimensional erfolgende Steckbewegung vereinfacht werden, wobei Ausgleichsbewegungen quer zur Steckachse automatisch durch die Schwimmerlager der vorgeschlagenen Steckverbinderlagerung ausgeglichen werden können. Im zusammen gesteckten und montierten Zustand kann die Steckverbinderlagerung als eine Art Schwingungslager dienen, beispielsweise zum Ausgleich betriebsbedingter Schwingungen und sonstiger Relativbewegungen.
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Insgesamt zeigt sich, dass die hierin vorgeschlagene Steckverbinderlagerung, der elektrische Steckverbinder, die elektrische Steckverbindung, der Energiespeicher und das zugehörige Verfahren und deren Ausgestaltungen die zu Grunde liegende Aufgabe lösen.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der anhängenden Figuren beschrieben. Es zeigen:
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1 eine perspektivische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Steckverbinderlagerung gemäß der Erfindung;
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2 eine Explosionsdarstellung der Steckverbinderlagerung;
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3 eine Vorderansicht eines Tragkörpers der Steckverbinderlagerung; und
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4 eine Seitenansicht des Tragkörpers der Steckverbinderlagerung.
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1 zeigt eine perspektivische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Steckverbinderlagerung 1 gemäß der Erfindung, und 2 zeigt eine korrespondierende Explosionsdarstellung der Steckverbinderlagerung 1.
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Die Steckverbinderlagerung 1 umfasst einen Tragkörper 2, einen Montagerahmen mit einer ersten Montageschale 3 und einer zweiten Montageschale 4. Die Steckverbinderlagerung 1 kann in Ausgestaltungen auch ohne Montagerahmen verwendet werden, wobei der Montagerahmen insbesondere dann verwendet werden kann, wenn die Steckverbindunglagerung 1 an einer Tragstruktur angebracht werden soll.
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Der Montagerahmen, bzw. die Montageschalen 3, 4, umfassen jeweils ein Befestigungselement 5, welches im vorliegenden Ausführungsbeispiel als Befestigungsöse ausgebildet ist, und dazu vorgesehen und eingerichtet ist, den Montagerahmen 3, 4 an einer Tragstruktur beispielsweise unter Verwendung einer Schraubverbindung, zu befestigen.
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Der Montagerahmen ist, wie bereits erwähnt, zweischalig ausgebildet, wobei die beiden Schalenhälften, sprich die erste Montageschale 3 und die zweite Montageschale 4, durch eine Rastverbindung 6 umfassend Rastvorsprünge 7 und korrespondierende Rastausnehmungen 8 mechanisch miteinander verbunden werden können.
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Die Montageschale, insbesondere die erste Montageschale 3 und die zweite Montageschale 4 weisen in dem gezeigten Ausführungsbeispiel einen U-förmigen Querschnitt auf, mit einer Basis 9 und beiderseits der Basis sich erstreckenden Schenkeln 10.
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Im montierten Zustand umgreift die Montageschale den Tragkörper 2 in Umfangsrichtung bezüglich der Steckachse A, wobei sich die Schenkel 10 in Richtung des Tragkörpers von der Basis 9 weg erstrecken.
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Der Tragkörper 2 umfasst, wie auch aus der Frontansicht der 3 ersichtlich ist, einen Grundkörper 11 und mehrere sich vom Grundkörper 11 weg erstreckende elastisch verformbare Schwimmerlager 12.
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Der Tragkörper 2 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel quaderförmig ausgebildet, und umfasst sich parallel zur Steckachse A erstreckende und vom Grundkörper 11 parallel zur Steckachse A vorspringende Steckerkupplungen 13.
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Die Steckerkupplungen 13 können integriert mit dem Grundkörper 11 ausgebildet sein, oder in korrespondierenden Ausnehmungen des Grundkörpers 11 aufgenommen und montiert sein.
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Die Steckerkupplungen 13 springen im vorliegenden Ausführungsbeispiel von einer Seitenfläche des Grundkörpers 11 vor, und definieren eine innere Kammer, in welcher elektrische Steckkontakte zur Herstellung einer elektrischen Steckverbindung mit korrespondierenden Gegensteckerkupplungen aufgenommen werden können bzw. aufgenommen sind.
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Die Steckerkupplungen 13 sind im vorliegenden Ausführungsbeispiel als (männliche) Stecker 13 ausgebildet und dienen dazu, mit korrespondierenden (weiblichen) Buchsen in einem Steckvorgang längs der Steckachse A mechanisch verbunden zu werden. Bei einem Steckvorgang können durch die mechanische Verbindung von Stecker und Buchse, im Stecker vorhandene elektrische Kontakte mit korrespondierenden Gegenkontakten der Buchsen elektrisch verbunden, d. h. in Kontakt gebracht werden.
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In alternativen Ausgestaltungen kann im Unterschied zu dem gezeigten Ausführungsbeispiel auch vorgesehen sein, dass eine, mehrere, oder alle am Grundkörper 11 des Tragkörpers 2 vorgesehenen Steckerkupplungen 13 als Buchsen ausgebildet sind.
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Die im vorliegenden Ausführungsbeispiel ausgebildeten Steckerkupplungen 13 können beispielsweise derart ausgebildet und eingerichtet sein, dass diese eine leistungsseitige elektrische Kontaktierung von Anschlusskontakten eines Energiespeichers, insbesondere einer Traktionsbatterie, ermöglichen.
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Beispielsweise können der Grundkörper 11 und die daran vorgesehenen Steckerkupplungen 13 derart ausgebildet und eingerichtet sein, dass diese als Steckverbindungen für Hochvoltanwendungen, wie beispielsweise bei Traktionsbatterien, im Bereich von einigen hundert Volt verwendet werden können.
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Zwischen den Steckerkupplungen 13, im vorliegenden Beispiel etwa mittig auf der Verbindungsachse zwischen den Steckerkupplungen 13, umfasst der Grundkörper 11 einen Aufnahmeschacht bzw. eine Aufnahme 14 in welcher weitere Steckerkupplungen oder Steckerkontakte aufgenommen bzw. fixiert werden können.
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Die weiteren Steckerkupplungen können bei Verwendung der Steckverbindungslagerung 1 bei einer Traktionsbatterie beispielsweise für Steuerleitungen zur Ladungssteuerung und/oder zur Ladungsüberwachung der Energiespeicherzellen der Traktionsbatterie verwendet werden. Die weiteren Steckerkupplungen können entsprechend der hier beschriebenen Steckerkupplungen 13 oder einer korrespondierenden Buchse ausgebildet sein, wobei auch andere Steckergeometrien und/oder Arten in Frage kommen.
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Die vier senkrecht zur Steckachse A gelegenen Seitenflächen des Grundkörpers 11 bzw. des Tragkörpers 2 sind als Schwimmerlagerflächen 15 ausgebildet, wobei jede der Schwimmerlagerflächen 15 zumindest ein Schwimmerlager 12 umfasst, welches von der jeweiligen Schwimmerlagerfläche 15 vorspringend ausgebildet ist, und zur jeweiligen Schwimmerlagerfläche 15 hin elastisch verformbar ist.
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Die Schwimmerlager 12 sind vorliegend als Federzungen ausgebildet, und umfassen jeweils ein am Tragkörper 2 bzw. in der Schwimmerlagerfläche 15 ausgebildetes erstes Ende 16, und ein vom ersten Ende abgewandtes, in Normalenrichtung der jeweiligen Schwimmerlagerfläche 15 vom Tragkörper 2 beanstandetes, freies zweites Ende 17.
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Die Schwimmerlager 12 sind im vorliegenden Ausführungsbeispiel einstückig mit dem Grundkörper 11 ausgebildet, wobei der Tragkörper 2 umfassend den Grundkörper 11 und die Schwimmerlager 12 beispielsweise aus einem Kunststoffmaterial im Spritzguss hergestellt sein kann.
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Die Schwimmerlager 12 sind, wie insbesondere aus 2 und 3 ersichtlich ist, in ihrer Längsachse senkrecht zur Steckachse A ausgerichtet. Die Längsachse eines jeden Schwimmerlagers 12 ist gegenüber der jeweiligen Schwimmerlagerfläche 15 um einen Neigungswinkel W geneigt, wobei der Neigungswinkel W im vorliegenden Ausführungsbeispiel als spitzer Winkel ausgebildet ist. Der Neigungswinkel kann beispielsweise weniger als 45 Grad oder weniger als 30 Grad bzw. 15 Grad betragen.
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Die Schwimmerlager 12 sind im vorliegenden Ausführungsbeispiel entlang ihrer Längsachse gekrümmt ausgebildet, wobei jedes der Schwimmerlager 12 ein von der jeweiligen Schwimmerlagerfläche 15 weg gekrümmtes und ein zur Schwimmerlagerfläche 15 hin gekrümmtes Lagersegment umfasst.
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Das von der Schwimmerlagerfläche 15 weg gekrümmte Lagersegment befindet sich am Fußpunkt des ersten Endes 16 des jeweiligen Schwimmerlagers 12, wobei sich das zur Schwimmerlagerfläche 15 hin gekrümmte Lagersegment längs des Schwimmerlagers 12 zwischen dem ersten 16 und dem zweiten Ende 17 erstreckt.
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Alle Schwimmerlager 12 einer Schwimmerlagerfläche 15 weisen im vorliegenden Ausführungsbeispiel die gleiche Form auf, wobei, wie gezeigt, die Schwimmerlager 12 voneinander abgewandter Schwimmerlagerflächen 15 ebenfalls jeweils die gleiche Form aufweisen können.
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Die Schwimmerlager 12 einer jeweiligen Schwimmerlagerfläche 15 sowie die Schwimmerlager 12 einander abgewandter Schwimmerlagerflächen 15 sind bezüglich ihrer Längserstreckung im vorliegenden Ausführungsbeispiel jeweils parallel zueinander angeordnet, wobei die Schwimmerlager 12 jeweils paarweise hintereinander, in Reihen parallel zur Steckachse A angeordnet sind. Jede der Reihen parallel zur Steckachse A umfasst im vorliegenden Ausführungsbeispiel zwei Schwimmerlager 12. Die Anzahl der Schwimmerlager 12 einer Reihe kann in Ausgestaltungen, beispielsweise in Abhängigkeit der Größe der Schwimmerlagerfläche 15 und/oder des Tragkörpers variieren.
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Die in der Ansicht der 3 oben und unten gelegenen Schwimmerlagerflächen 15 umfassen jeweils zwei Reihen paralleler Schwimmerlager 12, wobei die Schwimmerlager 12 einer Reihe jeweils die gleiche Ausrichtung aufweisen, und wobei die Schwimmerlager 12 unterschiedlicher Reihen entgegengesetzt zueinander, insbesondere um einen Winkel um etwa 180 Grad entgegengesetzt zueinander, ausgerichtet sind.
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Die in der Ansicht der 3 rechts und links gelegenen Schwimmerlagerflächen 15 umfassen jeweils genau eine Reihe paralleler Schwimmerlager 12, wobei die Schwimmerlager 12 dieser links bzw. rechtsgelegenen Schwimmerlagerflächen 15 um 180 Grad entgegengesetzt zueinander ausgerichtet sind.
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Der Tragkörper 2 mit Schwimmerlager 12 und die Montageschale sind derart ausgebildet, dass die Montageschale im montierten Zustand den Tragkörper 2, d. h. den Grundkörper 11 samt Schwimmerlager 12 umgreifen kann, wobei die zweiten Enden 17 der Schwimmerlager 12 an korrespondierenden Innenflächen der Montageschale anliegen. Die Innenflächen der Montageschale bilden Gegenlagerflächen aus, gegen welche Schwimmerlager 12 im montierten Zustand abgestützt sind.
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Aufgrund der im Wesentlichen symmetrischen Ausbildung und Erstreckung der Schwimmerlager 12 an einander abgewandten Schwimmerlagerflächen 15 kann der Tragkörper 2 in der Montageschale mittig zentriert und gegenüber der Montageschale elastisch abgestützt positioniert werden, sodass der Tragkörper 2 senkrecht zur Steckachse A in zwei Dimensionen in der Montageschale schwimmend gelagert werden kann.
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Zur Halterung des Tragkörpers 2 in der Montageschale in Richtung parallel zur Steckachse A ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel vorgesehen, dass an den Innenflächen bzw. angrenzend zu den Innenflächen der Montageschale parallel zur Steckachse A orientierte Anschlagflächen 18 ausgebildet sind, an welche die Seitenflächen der Schwimmerlager 12 im Bereich der zweiten Enden 17 angeschlagen sind.
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Die Anschlagflächen 18 sind im vorliegenden Ausführungsbeispiel einerseits an den Innenseiten der Schenkel 10 ausgebildet, und andererseits an Rippen 19, welche an den Innenflächen der Montageschale vorspringen. Die Rippen 19 dienen neben der Halterung der Schwimmerlager 12 parallel zur Steckachse A des Weiteren zur Versteifung der Montageschale.
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Durch Verwendung der Anschlagflächen 18 kann der Tragkörper 2 in der Montageschale in Richtung parallel zur Steckachse A im Wesentlichen spielfrei gelagert werden, wobei in Richtungen senkrecht zur Steckachse A eine schwimmende Lagerung des Tragkörpers 2 ermöglicht ist.
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Insbesondere durch diese schwimmende Lagerung kann der Tragkörper 2 bei einem durchzuführenden Steckvorgang Ausgleichsbewegungen in Richtungen senkrecht zur Steckachse A ausführen, sodass etwaige Herstellungs- oder Montagetoleranzen zwischen miteinander zu verbindenden Steckerkupplungen und Bauteilen ausgeglichen werden können.
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Wie insbesondere aus der Seitenansicht der 4 ersichtlich ist, sind die Steckerkupplungen 13 an den vom Grundkörper 11 abgewandten Enden verjüngt.
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Konkret umfasst jede der Steckerkupplungen 13 in Richtung zum Grundkörper 11 hin zunächst eine Vorzentrierungsfläche 20, auf welche eine Hauptzentrierungsfläche 21 folgt, wobei des Weiteren der Hauptzentrierungsfläche 21 in Richtung zum Grundkörper 11 hin eine Haltefläche 22 nachgeschaltet ist, welche am Grundkörper 11 endet.
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Durch die Vorzentrierungsfläche 20 und die Hauptzentrierungsfläche 21 kann erreicht werden, dass die Steckerkupplungen 13 bei Durchführung eines Steckvorgangs durch Auslenkung des Tragkörpers 2 innerhalb der Schwimmerlagerung automatisch derart ausgerichtet werden, dass Steckerkupplungen 13 und entsprechende Gegensteckerkupplungen parallel zur Steckachse fluchtend zueinander ausgerichtet werden, sodass etwa vorhandene Positionsabweichungen, bedingt beispielswiese durch Fertigungstoleranzen und/oder Montagetoleranzen, ausgeglichen werden können. Mithin können elektrische Kontakte der Steckerkupplungen 13 und Gegensteckerkupplungen sicher und beschädigungsfrei miteinander in Kontakt gebracht werden. Insbesondere kann mit der hierin vorgeschlagenen Schwimmerlagerung 1 und den Zentrierflächen 20, 21, 22 der Steckerkupplungen 13 erreicht werden, dass Steckvorgänge vergleichsweise unproblematisch, ohne zu verkanten, materialschonend und sicher durchgeführt werden können.
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Die Neigung der Vorzentrierungsfläche 20 ist größer als der Neigungswinkel der Hauptzentrierungsfläche 21, so dass bei einem Steckvorgang durch die Vorzentrierungsflächen 20 zunächst eine Grobausrichtung erfolgen kann, und daran anschließend eine vergleichsweise exakte Positionierung und Ausrichtung der jeweiligen elektrischen Kontakte anhand der Hauptzentrierungsfläche 21 erfolgen kann.
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Die Haltefläche 22 kann ebenfalls geneigt sein, wobei anzumerken ist, dass die Haltefläche 22 alternativ auch parallel zur Steckachse A ausgerichtet sein kann. Die Haltefläche 22 ist dazu eingerichtet, mit einer korrespondierenden Gegenhaltefläche einer Gegensteckerkupplung im verbundenen Zustand den jeweils erforderlichen Sitz und/oder die jeweils erforderliche Haltekraft, oder zumindest einen Teil der Haltekraft aufzubringen, insbesondere durch reibschlüssige Verbindung.
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Die hierin vorgeschlagene Steckverbinderlagerung 1 und entsprechende Steckverbinder eignen sich insbesondere zur leistungsseitigen Kontaktierung von Traktionsbatterien für Elektrofahrzeuge, insbesondere Elektroautos.
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Die Steckverbinderlagerung 1 sowie entsprechende Steckverbinder oder Steckkontakte ermöglichen es, Steckvorgänge vergleichsweise zuverlässig, materialschonend und sicher ausführen zu können. Aus den obigen Ausführungen zeigt sich insbesondere, dass durch die vorgeschlagene Steckverbinderlagerung die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe gelöst werden kann.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Steckverbinderlagerung
- 2
- Tragkörper
- 3
- erste Montageschale
- 4
- zweite Montageschale
- 5
- Befestigungselement
- 6
- Rastverbindung
- 7
- Rastvorsprung
- 8
- Rastausnehmung
- 9
- Basis
- 10
- Schenkel
- 11
- Grundkörper
- 12
- Schwimmerlager
- 13
- Steckerkupplung
- 14
- Aufnahme
- 15
- Schwimmerlagerfläche
- 16
- erstes Ende
- 17
- zweites Ende
- 18
- Anschlagfläche
- 19
- Rippe
- 20
- Vorzentrierfläche
- 21
- Hauptzentrierfläche
- 22
- Haltefläche
- A
- Steckachse
- W
- Neigungswinkel
