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Die Erfindung betrifft eine Verbindungsanordnung und ein Verfahren zum Befestigen einer Verbindungsanordnung an mindestens einer Vorrichtung.
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Zwei Vorrichtungen, die bspw. als Batterien ausgebildet sind, können über eine als Modulverbinder ausgebildete Verbindungsanordnung miteinander verbunden werden, wobei die beiden Vorrichtungen üblicherweise mechanisch und/oder elektrisch miteinander verbunden werden. Hierzu wird die Verbindungsanordnung an den beiden Vorrichtungen befestigt, wobei eine derartige Montage unter geringem Aufwand durchgeführt werden sollte. Allerdings ist hier auch zu beachten, dass die Vorrichtungen bei der Montage nicht beschädigt werden.
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Vor diesem Hintergrund werden eine Verbindungsanordnung und ein Verfahren mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgestellt. Ausgestaltungen der Verbindungsanordnung und des Verfahrens gehen aus den abhängigen Patentansprüchen und der Beschreibung hervor.
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Die erfindungsgemäße Verbindungsanordnung, die bspw. als Modulverbinder zu bezeichnen ist, umfasst mindestens ein Aufnahmemodul zur Aufnahme von mindestens einem Befestigungselement. Das mindestens eine Aufnahmemodul umfasst eine Kammer zur Aufnahme eines Befestigungselements. Die Kammer ist von einer Innenwand begrenzt und weist eine erste Öffnung sowie eine zweite Öffnung auf, wobei die beiden Öffnungen einen Durchgangskanal innerhalb der Kammer begrenzen. Die Kammer ist von einer Innenwand umschlossen, die mindestens ein Verrastungsmodul aufweist, an dem das Befestigungselement innerhalb der Kammer zumindest vorübergehend und/oder temporär zu verrasten ist.
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Außerdem ist das verrastete Befestigungselement vollständig innerhalb der Kammer anzuordnen und/oder aufzunehmen.
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Das mindestens eine Aufnahmemodul ist dazu ausgebildet, ein Befestigungselement aufzunehmen, das einen Stift und einen Kopf aufweist, die miteinander verbunden sind, wobei der Durchgangskanal in Längsrichtung, d. h. in Einführrichtung des Befestigungselements in das Aufnahmemodul, länger als der Kopf und Stift, die miteinander verbunden sind, und somit länger als das Befestigungselement ist. Dabei ist der Stift länger als der Kopf, wohingegen ein maximales Außenmaß des Kopfs größer als ein maximales Außenmaß des Stifts ist. Im Falle, dass der Kopf im Querschnitt, d. h. senkrecht zur Einführrichtung des Kopfes in das Aufnahmemodul eine kreisrunde Form aufweist, entspricht das maximale Außenmaß einem maximalen Durchmesser des kreisförmigen Querschnitts des Kopfes. Gleiches gilt bei dem Stift, falls dieser im Querschnitt eine kreisrunde Form aufweist. Auch hier entspricht dann das maximale Außenmaß einem maximalen Durchmesser des kreisrunden Querschnitts des Stifts. Üblicherweise weisen der Stift und der Kopf eine gemeinsame Rotationsachse auf. In Ausgestaltung ist das mindestens eine Aufnahmemodul dazu ausgebildet, ein Befestigungselement aufzunehmen, das als Schraube ausgebildet ist, deren Stift ein Gewinde aufweist.
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In der Regel ist ein maximales Innenmaß, bspw. im Falle einer kreisrunden Querschnittsform relativ zur Einführrichtung ein maximaler Durchmesser, der Innenwand der Kammer größer als das maximale Außenmaß des Kopfs des Befestigungselements. Das mindestens eine Verrastungsmodul begrenzt und/oder umschließt einen Bereich innerhalb der Kammer, wobei ein minimales Innenmaß, bspw. ein minimaler Durchmesser, des von dem mindestens einen Verrastungsmodul umschlossenen und/oder begrenzten Bereichs der Innenwand der Kammer kleiner als das maximale Außenmaß des Kopfs und größer als das maximale Außenmaß des Stifts ist.
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Weiterhin ist es möglich, dass die Innenwand der Kammer des mindestens einen Aufnahmemoduls relativ zur Einführrichtung des Befestigungselements rotationssymmetrisch, bspw. zylinderförmig, ausgebildet ist, wobei das mindestens eine Verrastungsmodul zwei Wulste aufweist, die an der Innenwand zueinander axial, d. h. entlang der Längs- bzw. Rotationsachse versetzt angeordnet sind. Dabei sind die beiden Wulste als Verjüngungen und somit als Komponenten der Innenwand der Kammer ausgebildet. Ein minimales Innenmaß, bspw. im Falle einer kreisrunden Form der Wulste ein minimaler Durchmesser, jeweils einer dieser Wulste ist kleiner als das maximale Außenmaß des Kopfs des Befestigungselements. Ein zwischen den beiden Wulsten angeordneter Bereich der Innenwand weist ein minimales Innenmaß, bspw. einen minimalen Durchmesser, auf, das größer als das maximale Außenmaß des Kopfs ist. Dabei ist dieser Bereich der Innenwand bspw. zylindersymmetrisch oder als kreisrunde Sicke zwischen den beiden Wulsten ausgebildet. Eine axiale Länge des Bereichs zwischen den beiden Wulsten ist größer als eine Höhe bzw. axiale Länge des Kopfs, wodurch der Kopf zwischen beiden Wulsten anzuordnen, d. h. einzuklemmen und/oder zu verrasten ist.
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Außerdem ist ein Innenmaß, bspw. im Falle einer kreisrunden Form der jeweiligen Öffnungen ein Durchmesser, einer der beiden Öffnungen des Durchgangskanals, bspw. einer ersten Öffnung, größer als das Außenmaß des Kopfs und ein Innenmaß, bspw. ein Durchmesser, der anderen der beiden Öffnungen, bspw. einer zweiten Öffnung, des Durchgangskanals kleiner als das Außenmaß des Kopfs. Das jeweilige Innenmaß der Öffnungen ist stets größer als das maximale Außenmaß des Stifts. Somit ist es möglich, dass der Stift durch die zweite Öffnung zu führen ist. Dagegen ist der Kopf innerhalb der Kammer auf der zweiten Öffnung aufzulegen und/oder anzuordnen.
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In Ausgestaltung ist an der zweiten der beiden Öffnungen ein Anlageelement angeordnet, das ein Loch mit einem Innenmaß, bspw. im Falle einer kreisrunden Form des Lochs einem Durchmesser, aufweist, das kleiner als das Außenmaß des Kopfs ist und die zweite Öffnung begrenzt.
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Die Verbindungsanordnung ist an mindestens einer als Batterie ausgebildeten Vorrichtung zu befestigen. In der Regel sind zwei Batterien mit der Verbindungsanordnung bzw. dem Modulverbinder mechanisch und/oder elektrisch leitfähig zu verbinden. Dabei ist es möglich, dass einzelne Aufnahmemodule und/oder damit verbundene Anlageelemente aus Metall und elektrisch leitfähig sind. Weiterhin sind zumindest zwei Aufnahmemodule miteinander elektrisch leitfähig verbunden. Weiterhin ist vorgesehen, dass auch die Befestigungselemente aus Metall und elektrisch leitfähig sind. Dabei ist es möglich, dass zwei Aufnahmemodule über einen Verbindungskörper miteinander verbunden sind. Die Verbindungsanordnung weist in einer Ausführungsform eine Isolierung auf, die an einer Außenwand der Verbindungsanordnung angeordnet ist.
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In Ausgestaltung sind bspw. zwei als Batterien ausgebildete Vorrichtungen über die Verbindungsanordnung miteinander zu verbinden. Hierzu wird ein erstes Aufnahmemodul, in dessen Kammer ein erstes Befestigungselement verrastet und vollständig aufgenommen ist, einer ersten Vorrichtung zugeordnet, wobei die zweite Öffnung der Kammer des ersten Aufnahmemoduls an bzw. auf einer Öffnung der ersten Vorrichtung angeordnet wird. Ein zweites Aufnahmemodul, in dessen Kammer ein zweites Befestigungselement verrastet und vollständig aufgenommen ist, wird einer zweiten Vorrichtung zugeordnet, wobei die zweite Öffnung der Kammer des zweiten Aufnahmemoduls an bzw. auf einer Öffnung der zweiten Vorrichtung angeordnet wird.
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Danach wird der Kopf des ersten Befestigungselements und somit auch das erste Befestigungselement über die erste Öffnung der Kammer des ersten Aufnahmemoduls in Richtung der zweiten Öffnung gedrückt, wobei der zunächst mit dem Verrastungsmodul verrastete Kopf entrastet und somit das erste Befestigungselement freigeben wird. Danach wird der Stift des ersten Befestigungselements durch die zweite Öffnung des ersten Aufnahmemoduls in die Öffnung der ersten Vorrichtung gedrückt und darin bspw. durch Verschrauben befestigt. Allerdings liegt der Kopf auf der zweiten Öffnung des ersten Aufnahmemoduls, die bspw. durch das Loch des Anlageelements begrenzt ist, auf und verbleibt in der Kammer. Entsprechend wird der Kopf des zweiten Befestigungselements und somit auch das zweite Befestigungselement über die erste Öffnung der Kammer des zweiten Aufnahmemoduls in Richtung der zweiten Öffnung gedrückt, wobei der zunächst mit dem Verrastungsmodul verrastete Kopf entrastet und somit das zweite Befestigungselement freigeben wird. Danach wird der Stift des zweiten Befestigungselements durch die zweite Öffnung des zweiten Aufnahmemoduls in die Öffnung der zweiten Vorrichtung gedrückt und darin bspw. durch Verschrauben befestigt. Allerdings liegt der Kopf auf der zweiten Öffnung des zweiten Aufnahmemoduls, die bspw. durch das Loch des Anlageelements begrenzt ist, auf und verbleibt in der Kammer.
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Dabei ist die erste Vorrichtung über das erste Befestigungselement mit dem ersten Aufnahmemodul und die zweite Vorrichtung über das zweite Befestigungselement mit dem zweiten Aufnahmemodul zu verbinden. Da die beiden Aufnahmemodule durch einen Verbindungskörper miteinander verbunden sind, sind die beiden Vorrichtungen, bspw. Batterien, über Komponenten der Verbindungsanordnung, d. h. die beiden Befestigungselemente, die beiden Aufnahmemodule und den Verbindungskörper miteinander mechanisch und elektrisch leitfähig zu verbinden.
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In möglicher Ausgestaltung umfasst die Verbindungsanordnung mindestens eine Kammer, die von der Innenwand umschlossen ist und die erste Öffnung sowie die zweite Öffnung aufweist, wobei die mindestens eine Kammer zum Aufnehmen einer Schraube als Befestigungselement, die den Kopf und den Stift bzw. Bolzen aufweist, ausgebildet ist, wobei die Wand an einer Innenseite zwei Wulste aufweist, die eine kreisrunde Nut an der Innenwand umschließen bzw. axial begrenzen, wobei das Innenmaß, bspw. ein Innendurchmesser bzw. minimaler Durchmesser, jeweils einer der beiden Wulste geringer als das Außenmaß, bspw. ein Außendurchmesser bzw. maximaler Durchmesser, des Kopfs ist, wobei ein Innendurchmesser eines Nutgrunds bzw. Nutbodens der Nut mindestens so groß wie das Außenmaß des Kopfs ist, wobei mindestens eine der beiden Wulste zu einer der beiden Öffnungen, bspw. der zweiten Öffnung, einen Abstand aufweist, der größer als eine Länge des Stifts ist, wobei der Kopf der Schraube zwischen beiden Wulsten einzuklemmen und die Schraube vollständig innerhalb der Kammer aufzunehmen ist.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Befestigen einer Verbindungsanordnung an mindestens einer Vorrichtung wird eine Verbindungsanordnung verwendet, die mindestens ein Aufnahmemodul zur Aufnahme von mindestens einem Befestigungselement aufweist, wobei jedes Aufnahmemodul eine Kammer zur Aufnahme von jeweils einem Befestigungselement umfasst, die von einer Innenwand begrenzt ist und eine erste Öffnung sowie eine zweite Öffnung aufweist, wobei die beiden Öffnungen einen Durchgangskanal innerhalb der Kammer begrenzen. Die Kammer ist von einer Innenwand umschlossen und weist mindestens ein Verrastungsmodul auf. Das Befestigungselement wird innerhalb der Kammer zumindest vorübergehend und/oder temporär verrastet, wobei das darin verrastete Befestigungselement vollständig innerhalb der Kammer angeordnet und/oder aufgenommen wird. Die Verbindungsanordnung wird an der mindestens einen Vorrichtung angeordnet, wobei das Befestigungselement aus der Kammer des mindestens einen Aufnahmemoduls gedrückt und an der mindestens einen Vorrichtung angeordnet und/oder mit der mindestens einen Vorrichtung verbunden wird.
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Weiterhin wird die Verbindungsanordnung über mindestens ein Befestigungselement an der mindestens einen Vorrichtung befestigt.
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In Ausgestaltung wird mindestens ein Befestigungselement verwendet, das einen Kopf und einen Stift aufweist, wobei das maximale Außenmaß des Kopfs größer als das maximale Außenmaß des Stifts ist. Die erste Öffnung des Durchgangskanals weist ein Innenmaß auf, das größer als das Außenmaß des Kopfs ist. Die zweite Öffnung des Durchgangskanals weist ein Innenmaß auf, das kleiner als das Außenmaß des Kopfs ist. Hierbei ist in Ausgestaltung an der zweiten Öffnung ein Anlageelement mit einem Loch angeordnet, das die zweite Öffnung begrenzt und/oder bildet. Das Befestigungselement wird mit dem Stift voran in die erste Öffnung eingeführt, wobei der Kopf durch die erste Öffnung hindurch in der Kammer angeordnet und über das mindestens eine Verrastungsmodul darin verrastet wird. Die Verbindungsanordnung wird an der mindestens einen Vorrichtung angeordnet, wobei der Kopf bspw. von einem Werkzeug durch die erste Öffnung hindurch in Richtung der zweiten Öffnung geschoben und von dem mindestens einen Verrastungsmodul entrastet wird, wobei der Stift durch die zweite Öffnung hindurch mit der mindestens einen Vorrichtung verbunden wird. Dabei gerät der Kopf an der zweiten Öffnung, üblicherweise dem Loch des Auflageelements, innerhalb der Kammer in Anlage und verbleibt in der Kammer, wobei die Verbindungsanordnung über das mindestens eine Befestigungselement an der mindestens einen Vorrichtung befestigt wird.
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Die Verbindungsanordnung, die auch als Modulverbinder ausgebildet sein kann, ist in Ausgestaltung als Busbarisolation für mehrere als Batterien ausgebildete Vorrichtungen vorgesehen. Dabei ist die Verbindungsanordnung an den Vorrichtungen in der Regel über mehrere Befestigungselemente zu befestigen. Hierbei werden Stifte der Befestigungselemente an den Vorrichtungen verankert. Jede Vorrichtung weist hierzu mindestens eine Öffnung zur Aufnahme eines Stifts eines Befestigungselements auf. Falls ein Befestigungselement einen Stift mit einem Gewinde aufweist, ist dieses über das Gewinde in ein Gegengewinde einer derartigen Öffnung einzuschrauben, wobei eine derartige Befestigung einer Verbindungsanordnung an einer Vorrichtung auch als Schraubenfixierung bezeichnet wird. Weiterhin sind zwei derartige Vorrichtungen über eine Verbindungsanordnung miteinander zu verbinden.
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Falls mit der Verbindungsanordnung im Fall von Batterien neben einer mechanischen auch eine elektrische Verbindung bereitzustellen ist, ist die Verbindungsanordnung auch als Stromverbinder zu bezeichnen. Dabei umfasst die Verbindungsanordnung mehrere Aufnahmemodule mit entsprechend mehreren Schrauben. Hierbei sind die Verbindungsanordnung und die Schrauben isoliert und berührgeschützt ausgebildet. Dies wird bspw. an Schraubstellen, die durch die Öffnungen einer jeweiligen Kammer zu erreichen sind, durch Aufbringen einer Isolation und/oder durch eine zusätzliche Isolierung einer Abdeckung ermöglicht. Hierbei ist es auch möglich, zur Verbindung von zwei Vorrichtungen über die Verbindungsanordnung Befestigungselemente in den Aufnahmemodulen verliersicher anzuordnen. Somit wird vermieden, dass das bspw. als Schraube ausgebildete Verbindungselement aus dem jeweils hierfür vorgesehenen Aufnahmemodul und somit von Kontaktflächen der Verbindungsanordnung hervorragt.
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Bei der Montage wird die Verbindungsanordnung senkrecht auf einer Terminalfläche der Vorrichtung angeordnet und die Schraube als Befestigungselement in eine hierfür vorgesehene Bohrung, bspw. Gewindebohrung, an der Vorrichtung eingeführt, wobei das Befestigungselement entlang des Durchgangskanals von der ersten Öffnung in Richtung der zweiten Öffnung bewegt wird. Ein elektrischer Kontakt zwischen der Vorrichtung und der Verbindungsanordnung wird in der Regel über die Schraube bereitgestellt. Dadurch, dass das üblicherweise als Schraube ausgebildete Befestigungselement in dem jeweils hierfür vorgesehenen Aufnahmemodul vollständig aufgenommen ist, wird verhindert, dass eine bspw. beschichtete Anlagefläche der Vorrichtung beschädigt wird, wenn die Verbindungsanordnung auf der Vorrichtung angeordnet wird.
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In der Regel ist es möglich, jeweils ein Befestigungselement in jeweils ein Aufnahmemodul aufgrund der vorgesehenen temporären Verrastung innerhalb einer Kammer des jeweiligen Aufnahmemoduls vollständig und verliersicher aufzunehmen, wobei das in der Kammer angeordnete Befestigungselement vollständig von der Kammer umschlossen ist.
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Eine Positionierung, üblicherweise Verrastung, des Befestigungselements in der Kammer eines jeweiligen Aufnahmemoduls ist formschlüssig oder kraftschlüssig.
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Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.
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Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Die Erfindung ist anhand einer Ausführungsform in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird unter Bezugnahme auf die Zeichnung schematisch und ausführlich beschrieben.
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1 zeigt in schematischer Darstellung eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Verbindungsanordnung bei einer Montage einer Vorrichtung aus unterschiedlichen Perspektiven.
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Die Ausführungsform der erfindungsgemäßen Verbindungsanordnung 2 ist in 1a von oben und in 1b von unten schematisch dargestellt. Diese Verbindungsanordnung 2 umfasst hier vier Aufnahmemodule 4a, 4b, 4c, 4d, wobei jedes Aufnahmemodul 4a, 4b, 4c, 4d zur Aufnahme eines hier als Schraube ausgebildeten Befestigungselements 6 ausgebildet ist. Dabei sind hier jeweils zwei Aufnahmemodule 4a, 4b, 4c, 4d direkt nebeneinander angeordnet und bilden jeweils ein Paar Aufnahmemodule 4a, 4b und 4c, 4d. Die beiden Paare Aufnahmemodule 4a, 4b und 4c, 4d sind über einen Verbindungskörper 5 der Verbindungsanordnung 2 miteinander verbunden. Der Verbindungskörper 5 umfasst hier drei Abschnitte, nämlich zwei äußere Abschnitte, zwischen denen ein innerer bzw. mittlerer Abschnitt angeordnet ist. Die beiden äußeren Abschnitte sind hier quaderförmig ausgebildet und zueinander parallel sowie zueinander fluchtend in derselben Ebene angeordnet, wobei jeweils ein äußerer Abschnitt ein Paar Aufnahmemodule 4a, 4b bzw. 4c, 4d aufweist. Der dazwischen angeordnete innere Abschnitt ist gebogen und im Profil halbkreisförmig ausgebildet, wobei der innere Abschnitt eine halbkreisförmige Fläche umschließt. Demnach ist der Verbindungskörper 5 im Bereich des inneren Abschnitts konvex gewölbt.
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Dabei zeigen die 1c und 1d ein erstes Aufnahmemodul 4a der Verbindungsanordnung 2 in Schnittdarstellung. Dabei umfasst das Aufnahmemodul 4a eine Kammer 8 mit einer hier rotationssymmetrischen Innenwand 10, einer ersten Öffnung 12 und einer zweiten Öffnung 14. An der Innenwand 10 befindet sich ein Verrastungsmodul 16 zur vorübergehenden Aufnahme des Befestigungselements 6. Hierbei ist vorgesehen, dass ein Kopf 18 des Befestigungselements 6 einen größeren Durchmesser und somit ein größeres Außenmaß als ein Stift 20 des Befestigungselements 6 aufweist. Allerdings ist hier der Stift 20 in axialer Richtung, d. h. in Einführrichtung des Befestigungselements 6 in das Aufnahmemodul 4a, länger als der Kopf 18 des Befestigungselements 6. Das Verrastungsmodul 16 umfasst hier zwei Wulste 22a, 22b, die entlang der Innenwand 10 relativ zur Einführrichtung des Befestigungselements 6 zueinander koaxial versetzt angeordnet sind. Dabei weisen beide Wulste 22a, 22b einen minimalen Durchmesser bzw. Innendurchmesser und somit ein Innenmaß auf, der bzw. das geringer als der maximale Durchmesser bzw. Außendurchmesser des Kopfs 18 ist. Zwischen den beiden Wulsten 22a, 22b des Verrastungsmoduls 16 befindet sich eine Nut bzw. Sicke, wobei ein Nutgrund bzw. Nutboden die Innenwand 10 bildet und einen Innendurchmesser bzw. minimalen Durchmesser als Innenmaß aufweist, der bzw. das größer als der Außendurchmesser des Kopfs 18 ist. Außerdem ist eine axiale Länge des Nutgrunds größer als eine Höhe bzw. axiale Länge des Kopfs 18. Entsprechend ist ein axialer Abstand der beiden Wulste 22a, 22b größer als eine Höhe des Kopfs 18 des Befestigungselements 6. Außerdem ist hier vorgesehen, dass die zweite Öffnung 14 hier von einem Anlageelement 24 begrenzt ist.
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Zum Bereitstellen der Verbindungsanordnung 2 wird zunächst das Befestigungselement 6 mit dem Stift 20 voran durch die erste Öffnung 12 in die von der Innenwand 10 umschlossene Kammer 8 eingeführt. Falls der Kopf 18 gegen die erste Wulst 22a mit einer Kraft gedrückt wird, deren Wert mindestens so groß wie ein hierfür vorgesehener Grenzwert ist, wird die erste Wulst 22a durch den Kopf 18 elastisch verformt. Dabei wird der Kopf 18 des Befestigungselements 6 zwischen den beiden Wulsten 22a, 22b des Verrastungsmoduls 16 eingeklemmt. Dabei wird das Befestigungselement 6 innerhalb der Kammer 8 vollständig und verliersicher aufgenommen.
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Danach wird die Verbindungsanordnung 2 auf einer Vorrichtung 26 angeordnet und/oder aufgesetzt. Danach wird das Befestigungselement 6 durch die erste Öffnung 12 weiter in Richtung der Vorrichtung 26 gedrückt und dabei aus bzw. von dem Verrastungsmodul 16 entrastet, wenn der Kopf 14 mit einer Kraft gegen die zweite Wulst 22b gedrückt wird, deren Wert größer als der Grenzwert ist. Danach wird der Stift 20 durch die zweite Öffnung 14 in Richtung einer Öffnung 28 der Vorrichtung 26 gedrückt, wobei der Kopf 18 an dem Anlageelement 24 in Anlage gerät. Danach wird der Stift 20 in der Öffnung 28 angeordnet, in vorliegender Ausführungsform verschraubt, wobei die Vorrichtung 26 und die Verbindungsanordnung 2 über das Befestigungselement 6 miteinander verbunden werden. In Ausgestaltung weist der Stift 20 außenwandig ein Gewinde auf, das in ein Gegengewinde an einer Innenwand der Öffnung 28 in diese zu schrauben ist.
