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Die Erfindung betrifft ein Kontaktsystem und eine Leiterplattenanordnung sowie eine Steckeranordnung.
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Ein Kontaktsystem bzw. Steckeranordnung zur elektrischen Kontaktierung eines Steckers mit einer Buchse ist aus der
DE 694 03 172 T2 bekannt. Hierbei wird der elektrische Kontakt zwischen Stecker und Buchse durch eine am Stecker oder an der Buchse angeordnete kontinuierliche Schraubenfeder realisiert.
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Es ist ebenfalls bekannt, elektrische Bauteile bzw. Stecker in entsprechende Öffnungen einer Leiterplatte einzustecken und gegebenenfalls mit dieser zu verlöten, um sie mit der Leiterplatte elektrisch zu kontaktieren.
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Aufgabe der Erfindung ist es, den Stand der Technik zu verbessern.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Hautpansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind den Unteransprüchen entnehmbar.
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Somit werden einerseits ein Kontaktsystem zur elektrischen Kontaktierung einer Leiterplatte mit einem Stecker vorgeschlagen, sowie andererseits eine Leiterplattenanordnung und eine Steckeranordnung. Mittels dieser Leiterplattenanordnung und Steckeranordnung ist ein solches Kontaktsystem realisierbar bzw. sie können jeweils ein Teil eines solchen Kontaktsystems sein.
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Bei dem Kontaktsystem ist zur elektrischen Kontaktierung der Leiterplatte mit dem Stecker vorgesehen, dass der Stecker in einer Öffnung in der Leiterplatte einsteckbar ist und dadurch die elektrische Kontaktierung herstellbar ist. Das Kontaktsystem sieht dazu eine innerhalb der Öffnung der Leiterplatte radial zwischen Stecker und Leiterplatte angeordnete Ringschraubenfeder vor, über welche die elektrische Kontaktierung hergestellt ist. Im eingesteckten Zustand des Steckers in der Öffnung befindet sich die Ringschraubenfeder also radial zwischen Stecker und Leiterplatte. Die Ringschraubenfeder liegt dann also mit ihrer Seite an der Öffnung und dem Stecker an, insbesondere mit einer radialen Innenseite an dem Stecker und mit einer radialen Außenseite an der Öffnung. Die Ringschraubenfeder bildet die elektrische Kontaktierung zwischen Stecker und Leiterplatte. Der von Stecker auf Leiterplatte oder umgekehrt übertragene elektrische Strom fließt somit insbesondere ausschließlich oder zumindest größtenteils über die Ringschraubenfeder.
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Bei einer solchen Ringschraubenfeder handelt es sich bevorzugt um eine in ihrem Ausgangszustand in der Draufsicht ringförmige oder quasi-ringförmige Schraubenfeder. Eine in ihrem Ausgangszustand in der Draufsicht ovale Schraubenfeder oder dreieckige oder rechteckige bzw. viereckige oder mehreckige Schraubenfeder, ggf. mit abgerundeten Ecken, fällt also ebenfalls unter den Begriff der Ringschraubenfeder. Die Enden der Schraubenfeder sind dazu insbesondere miteinander verbunden, beispielsweise miteinander verschweißt oder verhakt oder ineinandergesteckt. Sie verfügt dann über eine vollständig geschlossene Form. Die Ringschraubenfeder kann also eine kontinuierliche Schraubenfeder bilden. Die Ringschraubenfeder kann auch als „Canted Coil Spring” bezeichnet werden.
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Die Ringschraubenfeder dient zum Ausgleich von Toleranzen durch die Vorspannung der Feder sowie zur gleichmäßigen Kontaktierung der Leiterplatte.
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Die Ringschraubenfeder kann in der Öffnung der Leiterplatte fixiert angeordnet sein. Sie kann dazu beispielsweise in einer Nut in der Öffnung der Leiterplatte angeordnet sein. Alternativ dazu kann die Ringschraubenfeder an dem Stecker fixiert angeordnet sein. Sie kann dazu beispielsweise in einer Nut des Steckers angeordnet sein. Somit ist die Position der Ringschraubenfeder zumindest in axialer Richtung der Öffnung bzw. des Steckers örtlich festgelegt.
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Die Öffnung in der Leiterplatte kann insbesondere eine Bohrung sein. Bei einer Bohrung handelt es sich um eine zylinderförmige Öffnung. Sie ist bevorzugt, jedoch nicht zwangsweise durch ein Bohrverfahren hergestellt. Die Bohrung bzw. die Öffnung im Allgemeinen kann beispielsweise auch durch ein Stanz-, Fräs-, Wasserschneid-, LA-SER-Schneid- oder Erodierverfahren hergestellt worden sein. Die Bohrung kann entweder als Sacklochbohrung, also nicht durchgängig, oder als Durchgangsbohrung, also durchgängig, ausgeführt sein. Die Öffnung kann statt zylinderförmig auch andersartig ausgeführt sein. So kann der Querschnitt der Öffnung insbesondere auch oval oder dreieckig oder rechteckig oder mehreckig, ggf. mit abgerundeten Ecken, sein. Die Ringschraubenfeder nimmt in der Regel die Form der Öffnung an, wenn sie in der Öffnung angeordnet ist. Im in der Öffnung eingebauten oder eingesteckten Zustand kann die Ringschraubenfeder also korrespondierende zu der Öffnung rund, oval, dreieckig, rechteckig oder mehreckig etc. sein.
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Die Leiterplatte kann insbesondere als PCB (= printed circuit board) ausgeführt sein. Sie kann ein oder mehrere elektrische Bauteile aufweisen, wie Widerstände, Kondensatoren, Logikbausteine, Speicherbausteine etc. Sie kann einlagig oder mehrlagig ausgeführt sein. Sie kann auch als Platine bezeichnet werden.
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Die vorgeschlagene Leiterplattenanordnung weist eine bzw. die genannte Leiterplatte und eine Öffnung in der Leiterplatte zur Aufnahme eines bzw. des genannten Steckers zur elektrischen Kontaktierung der Leiterplatte mit dem Stecker auf. Dabei ist eine Ringschraubenfeder zur elektrischen Kontaktierung der Leiterplatte mit dem Stecker vorgesehen. Die Ringschraubenfeder ist so in der Öffnung der Leiterplatte angeordnet, dass diese sich radial zwischen dem Stecker und der Leiterplatte befindet, wenn der Stecker in die Öffnung eingesteckt ist.
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Bevorzugt ist eine radiale Innenwand der Öffnung der Leiterplatte elektrisch leitfähig beschichtet. Beispielsweise ist die Innenwand galvanisch metallisiert. Somit kann ein elektrischer Strom direkt von der Ringschraubenfeder auf die radiale Innenwand der Öffnung, an der die Ringschraubenfeder radial anliegt, übertragen werden. Somit wird der elektrische Kontakt zwischen Ringschraubenfeder und Leiterplatte also einfach hergestellt.
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Die Leiterplattenanordnung weist bevorzugt zumindest ein auf der Leiterplatte angeordnetes Halteelement auf, welches die Ringschraubenfeder in zumindest einer axialen Richtung der Öffnung fixiert. Das Haltelement kann somit die Ringschraubenfeder auch in beide axiale Richtungen der Öffnung fixieren. Radial wird die Ringschraubenfeder insbesondere durch ihre Vorspannung, mit der sie in die Öffnung eingelegt ist, sowie durch die radiale Innenwand der Öffnung fixiert. Damit ist die Ringschraubenfeder in Gänze in der Leiterplatte fixiert.
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Die Öffnung kann, wie oben erläutert, eine Durchgangsöffnung sein. Dann kann auf jeder der beiden Seiten der Leiterplatte, durch welche die Öffnung geht, ein Halteelement angeordnet sein. Diese Halteelemente fixieren die Ringschraubenfeder in axialer Richtung der Öffnung, also in beide axialen Richtungen. Insbesondere kann auf einer der Seiten der Leiterplatte ein erstes Halteelement vorgesehen sein, welche die Ringschraubenfeder in eine erste axiale Richtung der Öffnung fixiert. Außerdem kann dann auf einer anderen der Seiten der Leiterplatte ein zweites Halteelement vorgesehen sein, welche die Ringschraubenfeder in eine zweite axiale Richtung der Öffnung (die der ersten Richtung entgegengerichtet ist) fixiert. Dadurch kann die Ringschraubenfeder in der Leiterplatte einfach fixiert werden. Die Halteelemente können auf die Leiterplatte beispielsweise geklebt, geclipst, geschraubt, geschmolzen, etc. sein.
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Die vorgeschlagene Steckeranordnung weist einen bzw. den genannten stiftförmigen Stecker zum Einstecken in eine Öffnung eines Bauteils das mit dem Stecker elektrische kontaktiert werden soll, wie beispielsweise der genannten Leiterplatte, auf, sowie eine auf dem Stecker angeordnete Ringschraubenfeder zur elektrischen Kontaktierung des Stecker mit dem Bauteil. Die Ringschraubenfeder ist dabei zwischen einem in Steckrichtung vorderen Anschlag und einem in Steckrichtung hinteren Anschlag axial auf dem Stecker fixiert. Dabei dient der in Steckrichtung hintere Anschlag gleichzeitig als Einsteckanschlag für den Stecker. Die Steckrichtung ist hierbei diejenige Richtung, in die der Stecker bewegt werden muss, um in die Öffnung des Bauteils eingesteckt zu werden.
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Die Einstecktiefe des Steckers in die Öffnung des Bauteils ist somit durch den in Steckrichtung hinteren Anschlag begrenzt, d. h. er dient als Einsteckanschlag. Beim Einstecken stößt der hintere Anschlag nämlich an das Bauteil an und verhindert dadurch ein weiteres Einstecken. Auf einen extra Anschlag für den Stecker bzw. die Steckeranordnung kann somit verzichtet werden. Der hintere Anschlag weist dazu insbesondere einen größeren Durchmesser auf, als ein Innendurchmesser der Öffnung.
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Insbesondere können die Anschläge für die Ringschraubenfeder durch Schultern auf dem Stecker gebildet werden. Dabei ist dann ein Durchmesser des Steckers im Bereich der Schulter für den in Steckrichtung vorderen Anschlag geringer als ein Durchmesser des Steckers im Bereich der Schulter für den in Steckrichtung hinteren Anschlag. Der vordere Anschlag kann dadurch problemlos in die Öffnung eingesteckt werden. Er weist dann einen geringeren Durchmesser auf, als ein Innendurchmesser der Öffnung. Demgegenüber stößt der hintere Anschlag beim Einsteckvorgang an das Bauteil an, d. h. der Stecker lässt sich dann nicht weiter in die Öffnung einstecken. Der hintere Anschlag weist dann einen größeren Durchmesser auf, als ein Innendurchmesser der Öffnung.
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Die zum vorgeschlagenen Kontaktsystem gemachten Aussagen bzw. Vorschläge, insbesondere bezüglich der Ringschraubenfeder, der Leiterplatte oder der Öffnung, gelten für die vorgeschlagene Leiterplattenanordnung und Steckeranordnung entsprechend.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand schematischer Figuren näher erläutert, aus welchen weitere bevorzugte Ausführungsformen und Merkmale der Erfindung entnehmbar sind. Dabei zeigen:
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1 eine erste Ausführungsform eines Kontaktsystems bzw. einer Leiterplattenanordnung in einem ausgesteckten Zustand,
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2 die erste Ausführungsform des Kontaktsystems bzw. der Leiterplattenanordnung in einem eingesteckten Zustand,
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3 eine Ringschraubenfeder,
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4 eine zweite Ausführungsform eines Kontaktsystems bzw. einer Steckeranordnung in einem ausgesteckten Zustand,
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5 die zweite Ausführungsform des Kontaktsystems bzw. der Steckeranordnung in einem eingesteckten Zustand.
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In den Figuren sind gleiche oder zumindest funktionsgleiche Bauteile bzw. Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Das Kontaktsystem gemäß 1 und 2 verfügt über einen stiftförmigen Stecker 1 und eine Leiterplatte 2. Der Stecker 1 kann insbesondere über einen runden oder ovalen Querschnitt verfügen.
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Die Leiterplatte 2 ist Teil einer Leiterplattenanordnung 3. Die Leiterplattenanordnung 3 verfügt über die Leiterplatte 2 sowie eine in einer Öffnung 4 der Leiterplatte 2 angeordnete Ringschraubenfeder 5. Der Stecker 1 ist in eine Einsteckrichtung, in 1 durch einen Pfeil angedeutet, in die Öffnung 4 einsteckbar. Dadurch wird eine elektrische Kontaktierung zwischen dem Stecker 1 und der Leiterplatte 2 hergestellt. Die Öffnung 4 in der Leiterplatte 2 dient vorliegend also als Buchse für den Stecker 1.
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Die Öffnung 4 kann beispielsweise eine Durchgangsbohrung in der Leiterplatte 2 sein. Eine Längsachse des Steckers 1 und der Öffnung 4 ist durch die Achse L dargestellt. Zum Einstecken des Steckers 1 in die Öffnung 4 müssen diese, wie in 1 gezeigt, fluchten bzw. koaxial zueinander liegen.
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2 zeigt den eingesteckten Zustand des Steckers 1. Die Ringschraubenfeder 5 liegt nun innerhalb der Öffnung der Leiterplatte 2 radial zwischen dem Stecker 1 und der Leiterplatte 2. Somit ist über die Ringschraubenfeder 5 die elektrische Kontaktierung hergestellt. Dazu ist, wie in 1 und 2 ersichtlich, die Ringschraubenfeder 5 in der Öffnung 4 fixiert angeordnet.
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Um die elektrische Kontaktierung zwischen Leiterplatte 2 und Ringschraubenfeder 5 zu vereinfachen ist die radiale Innenwand 4A der Öffnung 4 bevorzugt elektrisch leitfähig beschichtet. Spätestens wenn sich die Ringschraubenfeder 5 beim Einstecken des Steckers 1 in die Öffnung 4 weitet, legt sie sich radial an die Innenwand 4A der Öffnung 4 an. Somit liegt sie im eingesteckten Zustand einerseits an dem Stecker 1 (mit einer radialen Innenseite der Ringschraubenfeder 5) und andererseits an der Innenwand 4A der Öffnung 4 (mit einer radialen Außenseite der Ringschraubenfeder 5) an. Somit kann elektrischer Strom vom Stecker über die Ringschraubenfeder 5 zur Innenseite der Öffnung 4, also der Leiterplatte 2, fließen – und entsprechend umgekehrt.
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Wie in 1 und 2 ebenfalls ersichtlich, ist auf jeder der beiden Seite (Ober- und Unterseite) der Leiterplatte 2, durch welche die Öffnung 4 geht, ein Halteelement 6 fest angeordnet. Diese Halteelemente 6 fixieren die Ringschraubenfeder 5 ortsfest in axialer Richtung der Öffnung 4. Die Halteelemente 6 sind ringförmig ausgeführt. Sofern die Öffnung 4 nicht durchgängig ist, und beispielsweise eine Sacklochbohrung bildet, kann ein einziges Halteelement 6 ausreichen.
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3 zeigt eine beispielhafte Ausführung einer Ringschraubenfeder 5, wie sie insbesondere in den Ausführungsformen der Erfindung nach 1, 2 oder 4, 5 eingesetzt wird. Es ist einerseits eine Draufsicht auf die Ringschraubenfeder 5 (linke Seite der 3) sowie eine Seitenansicht der Ringschraubenfeder 5 (rechte Seite der 3) gezeigt.
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Wie 3 zu entnehmen ist, besteht eine solche Ringschraubenfeder 5 aus einer Schraubenfeder, deren Enden miteinander verbunden sind, sodass sie eine endlose bzw. kontinuierliche Schraubenfeder bildet. Die Ringschraubenfeder 5 kann beispielsweise exakt ringförmig oder auch oval sein. Insbesondere unter Einwirkung einer äußeren Kraft auf die Feder 5 kann ihre Form jedoch auch variieren. Sie kann auch als „Canted Coil Spring” bezeichnet werden.
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Das Kontaktsystem gemäß 4 und 5 verfügt ebenfalls über einen stiftförmigen Stecker 1 und eine Leiterplatte 2. Der Stecker 1 kann auch hier insbesondere über einen runden oder ovalen Querschnitt verfügen.
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Die Leiterplatte 2 ist Teil einer Leiterplattenanordnung 3. Die Leiterplatte 2 verfügt über eine Öffnung 4. Der Stecker 1 ist in eine Einsteckrichtung, in 4 durch einen Pfeil angedeutet, in die Öffnung 4 einsteckbar. Dadurch wird eine elektrische Kontaktierung zwischen dem Stecker 1 und der Leiterplatte 2 hergestellt. Die Öffnung 4 in der Leiterplatte 2 dient vorliegend also als Buchse für den Stecker 1.
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Der Stecker 1 ist Teil einer Steckeranordnung 7. Die Steckeranordnung 7 verfügt neben dem Stecker 1 auch über eine auf dem Stecker 1 angeordnete Ringschraubenfeder 5. Diese dient zur elektrischen Kontaktierung des Stecker 1 mit einem anderen Bauteil. Im vorliegenden Fall ist dies beispielhaft die Leiterplatte 2. Es können jedoch beliebige andere Bauteile mit dem Stecker 1 bzw. der Steckeranordnung 7 kontaktiert werden.
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Die Öffnung 4 kann auch hier beispielsweise eine Durchgangsbohrung in der Leiterplatte 2 sein. Eine Längsachse des Steckers 1 und der Öffnung 4 ist durch die Achse L dargestellt. Zum Einstecken des Steckers 1 in die Öffnung 4 müssen diese, wie in 1 gezeigt, fluchten bzw. koaxial zueinander liegen.
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Die Ringschraubenfeder 5 ist zwischen einem in Steckrichtung vorderen Anschlag 8 und einem in Steckrichtung hinteren Anschlag 9 axial auf dem Stecker 1 fixiert angeordnet. Die Anschläge 8, 9 können beispielsweise durch eine Nut in dem Stecker 1 oder durch extra Bauteile, wie Sicherungsringe, gebildet werden. Es ist vorgesehen, dass der in Steckrichtung hintere Anschlag 9 gleichzeitig als Einsteckanschlag für den Stecker 1 dient.
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Vorliegend sind die Anschläge 8, 9 für die Ringschraubenfeder 5 durch Schultern auf dem Stecker 1 gebildet. Ein Durchmesser des Steckers 1 im Bereich der vorderen Schulter bzw. des dortigen Anschlags 8 ist also geringe als ein Durchmesser des Steckers 1 im Bereich der hinteren Schulter bzw. des dortigen Anschlags 9.
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5 zeigt den eingesteckten Zustand des Steckers 1 bzw. der Steckeranordnung 7. Die Ringschraubenfeder 5 liegt nun also innerhalb der Öffnung der Leiterplatte 2 radial zwischen dem Stecker 1 und der Leiterplatte 2. Somit ist über die Ringschraubenfeder 5 die elektrische Kontaktierung hergestellt.
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Der in Steckrichtung vordere Anschlag 8 befindet sich in diesem Zustand innerhalb der Öffnung 4. Der in Steckrichtung hintere Anschlag 9 liegt hingegen an der Leiterplatte 2 an. Er befindet sich in diesem Zustand daher außerhalb der Öffnung 4. Er begrenzt einerseits den Einsteckweg des Steckers 1 und andererseits dient er zur axialen Fixierung der Ringschraubenfeder 5.
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Um die elektrische Kontaktierung zwischen Leiterplatte 2 und Ringschraubenfeder 5 zu vereinfachen, kann auch hier die radiale Innenwand 4A der Öffnung 4 bevorzugt elektrisch leitfähig beschichtet sein. Spätestens wenn die Ringschraubenfeder 5 beim Einstecken des Steckers 1 in die Öffnung 4 komprimiert wird, legt sie sich radial an die Innenwand 4A der Öffnung 4 an. Somit liegt sie im eingesteckten Zustand einerseits an dem Stecker 1 (mit einer radialen Innenseite der Ringschraubenfeder 5) und andererseits an der Innenwand 4A der Öffnung 4 (mit einer radialen Außenseite der Ringschraubenfeder 5) an. Somit kann auch hier elektrischer Strom vom Stecker über die Ringschraubenfeder 5 zur Innenseite der Öffnung 4, also der Leiterplatte 2, fließen – und entsprechend umgekehrt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Stecker
- 2
- Leiterplatte
- 3
- Leiterplattenanordnung
- 4
- Öffnung, Bohrung
- 4A
- Innenwand
- 5
- Ringschraubenfeder
- 6
- Halteelement
- 7
- Steckeranordnung
- 8
- Anschlag
- 9
- Anschlag
- L
- Längsachse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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