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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein elektrisches Steckverbindungselement für eine Stromschnittstelle, mit dem sich zwei, insbesondere blechförmige, Stromleitelemente elektrisch verbinden lassen. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine elektrische Stromschnittstelle mit einem solchen Steckverbindungselement. Ferner betrifft die Erfindung einen elektrischen Stromverteiler für ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Stromschnittstelle.
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Stand der Technik
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Kraftfahrzeuge weisen üblicherweise einen Stromverteiler bzw. einen Sicherungskasten auf, über den eine Vielzahl von elektrischen Lasten mit elektrischer Energie versorgt werden kann. Die Stromführung und Stromverteilung innerhalb des Stromverteilers oder Sicherungskastens kann jeweils über eine oder mehrere blechförmige Stromschienen als Stromleitelemente erfolgen. Eine solche Anordnung ist beispielsweise aus der
DE 10 2015 110 417 A1 bekannt.
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Des Weiteren zeigt die
EP 0 354 545 A1 ein elektrisches Steckverbindungselement, bei dem die Steckkontaktebenen in zueinander senkrechten Ebenen angeordnet sind. Gemäß
DE 10 2009 046 914 B4 wird eine Sammelschienenanordnung für die elektrische Kopplung einer ersten und einer zweiten Sammelschiene mit einem ersten bzw. einem zweiten Kontakt an einem Leistungsmodul bereitgestellt. Die Sammelschienenanordnung weist dabei einen ersten Anschluss, der mit der ersten Sammelschiene integral ausgebildet ist, und einen zweiten Anschluss, der mit der zweiten Sammelschiene integral ausgebildet ist, auf, wobei die ersten und zweiten Anschlüsse einander überlappend ausgebildet sind.
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Darüber hinaus ist aus der Praxis bekannt, dass in einem solchen Stromverteiler bzw. einem solchen Sicherungskasten auch mehrere Stromschienen als Stromleitelemente angeordnet sein können, weil z.B. bauraumbedingt eine Stromschiene zwei- oder mehrteilig ausgeführt werden muss. Üblicherweise werden diese Stromschienen dann miteinander verschraubt, durch Durchsetzfügen quasi-stoffschlüssig oder durch andere aufwändige Fügeverfahren mechanisch und elektrisch miteinander verbunden. Dieses Zusammenfügen gestaltet sich bei den dargestellten Fügeverfahren aufwändig, wobei insbesondere beim Durchsetzfügen durch die resultierende unlösbare Verbindung auch noch die Austauschbarkeit der Stromschienen im Servicefall erschwert wird.
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Beschreibung der Erfindung
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Eine Aufgabe der Erfindung ist es daher, unter Einsatz konstruktiv möglichst einfacher Mittel zwei Stromleitelemente lösbar miteinander zu verbinden.
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Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und den begleitenden Figuren angegeben.
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Ein erfindungsgemäßes elektrisches Steckverbindungselement eignet sich insbesondere für den Einsatz in einer Stromschnittstelle und weist einen vorzugsweise blechförmigen Hauptkörper auf, der zum Einstecken von jeweils vorzugsweise blechförmigen Stromleitelementen zwei Steckkontaktaufnahmen hat, die in zueinander unterschiedlichen Richtungen geöffnet sind. Das Steckverbindungselement verfügt demnach über eine gabelförmige erste Steckkontaktaufnahme und eine gabelförmige zweite Steckkontaktaufnahme. Die beiden Steckkontaktaufnahmen bzw. deren Öffnung können zueinander weitgehend beliebige Winkel aufweisen, z.B. 90° oder vorzugsweise 180°, wobei bei letzterem die Steckkontaktaufnahmen in entgegengesetzte Richtungen voneinander weg weisen. Erfindungsgemäß sind die erste Steckkontaktaufnahme in einer ersten Ebene und die zweite Steckkontaktaufnahme in einer zur ersten Ebene unterschiedlichen, jedoch dazu parallelen, zweiten Ebene angeordnet. Die beiden Steckkontaktaufnahmen können also zueinander höhenversetzt sein. Die Ebenen können sich zwischen zwei die Gabelform der jeweiligen Steckkontaktaufnahme ausbildenden Kontaktarmen ungefähr mittig erstrecken.
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Bei diesem Steckverbindungselement ist es vorteilhafterweise möglich, zwei als Stromschiene bzw. Stanzgitter ausgebildete Stromleitelemente steckend miteinander zu verbinden, so dass kein Schrauben, Durchsetzfügen, Schweißen oder ähnliches mehr notwendig ist. Dadurch wird die Montage entsprechend vereinfacht und eine Stromschnittstelle bestehend aus den beiden Stromleitelementen sowie dem Steckverbindungselement kann kostengünstiger bereitgestellt werden. Auch im Servicefall ist eine Demontage zum Wechseln einzelner Komponenten der Stromschnittstelle problemlos möglich. Außerdem kann sich das Steckverbindungselement gegenüber den Stromleitelementen ggf. drehen, so dass die Gefahr von Reibkorrosion verringert werden kann. Darüber hinaus können auch zwei oder mehr Steckverbindungselemente kombiniert werden, um die Stromleitelemente miteinander zu verbinden, so dass die Stromtragfähigkeit der Verbindung leicht angepasst werden kann. Da das Steckverbindungselement im Wesentlichen blechförmig ist und somit durch Stanzen und ggf. Biegen hergestellt werden kann, ist es auch in großer Stückzahl kostengünstig bereitstellbar.
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Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die beiden Ebenen in einer Richtung senkrecht zur Steckrichtung der Stromleitelemente voneinander beabstandet sind. Vorzugsweise ist die Richtung eine Hochrichtung des Steckverbindungselements und/oder eines Stromverteilers, in dem die Anordnung verbaut wird, so dass die Steckkontaktaufnahmen zueinander höhenversetzt sind.
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Um zwei oder mehr Steckverbindungselemente aneinander fixieren zu können, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn der Hauptkörper an einer ersten Flachseite wenigstens eine erste Eingriffskontur, bei der es sich z.B. um eine Positivkontur handeln kann, und an einer dieser gegenüberliegenden, zweiten Flachseite wenigstens eine zu der ersten Eingriffskontur komplementäre, zweite Eingriffskontur aufweist. Diese Verbindungsart ist vom Stanzpaketieren bekannt, so dass die Eingriffskonturen durch Stanzen gefertigt werden können. Anschaulich betrachtet, steht auf einer der beiden Flachseiten eine Positivkontur hervor, die auf der anderen Flachseite eine Negativkontur bewirkt. Beide Konturen sind komplementär zueinander und können so ineinandergesteckt werden. Werden also mehrere Steckverbindungselemente zum Verbinden der Stromleitelemente benötigt, können diese mit den Flachseiten flächig aneinanderliegend aneinandergereiht werden, wobei der Formschluss verhindert, dass sie aneinander abgleiten können. So lässt sich die Stromtragfähigkeit des Steckverbindungselements auf einfache Weise anpassen. Hierfür hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn die einzelnen Steckverbindungselemente bei dieser Ausführungsvariante Gleichteile sind.
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Ein robuster, aber dennoch einfacher Aufbau des Steckverbindungselements ergibt sich, wenn der Hauptkörper einen Mittelsteg aufweist, an dem benachbart zu der ersten Ebene ein erster Kontaktabschnitt und benachbart zu der zweiten Ebene ein zweiter Kontaktabschnitt ausgeformt sind. In anderen Worten, weist der Mittelsteg in einer ersten Hochrichtung den ersten Kontaktabschnitt und in einer zweiten Hochrichtung den zweiten Kontaktabschnitt auf. Jeder der beiden Kontaktabschnitte wirkt jeweils mit einem eigenen Kontaktarm mit einem weiteren Kontaktabschnitt zusammen, um so zwischen den Kontaktabschnitten des Mittelstegs und des jeweiligen Kontaktarms eine der beiden Steckkontaktaufnahmen auszubilden. Da das ganze Steckverbindungselement als Integralbauteil, also einstückig, ausgeführt ist, mündet der Mittelsteg einerseits in einen ersten Kontaktarm, der mit dem ersten Kontaktabschnitt des Mittelstegs zusammenwirkt, und andererseits in einen zweiten Kontaktarm, der mit dem zweiten Kontaktabschnitt des Mittelstegs zusammenwirkt. Anschaulich aus einer seitlichen Betrachtungsrichtung betrachtet, weist das Steckverbindungselement eine S- oder Z-Form auf.
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Zu dem konstruktiven Aufbau und die Fertigung durch Stanzen hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Stirnflächen des Mittelstegs mit Stirnflächen der Kontaktarme fluchten.
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Eine weitere vorteilhafte Ausführungsvariante des Steckverbindungselements sieht vor, dass dieses wenigstens zwei über einen Verbindungssteg miteinander verbundene, zueinander parallele Hauptkörper mit jeweils der ersten Steckkontaktaufnahme und der zweiten Steckkontaktaufnahme aufweist. Hier liegen die Hauptkörper also nicht mit ihren Flachseiten flächig aneinander, vielmehr sind sie durch den Verbindungssteg voneinander beabstandet. Die Hauptkörper bilden also gemeinsam mit dem Verbindungssteg eine U-Form. Zu jeder Steckseite des Steckverbindungselements ergeben sich also zwei erste und zwei zweite Steckkontaktaufnahmen mit einer entsprechend höheren Stromtragfähigkeit und einem noch kippsicheren mechanischen Aufbau.
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Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die erste Steckkontaktaufnahme eine zu der zweiten Steckkontaktaufnahme unterschiedliche Öffnungsweite aufweist. So können auch Stromleitelemente mit unterschiedlichen Blechstärken miteinander verbunden werden. Zur Realisierung der unterschiedlichen Öffnungsweiten sind entweder sind der jeweilige Mittelsteg und der jeweilige Kontaktarm im Bereich ihrer Kontaktabschnitt bereits weiter voneinander beabstandet oder die jeweilige Kontaktarme lassen sich unterschiedlich weit abspreizen.
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Die Erfindung bezieht sich auch auf eine elektrische Stromschnittstelle für ein Kraftfahrzeug, die ein blechförmiges erstes Stromleitelement, ein blechförmiges zweites Stromleitelement und wenigstens ein die Stromleitelemente elektrisch miteinander verbindendes, blechförmiges Steckverbindungselement aufweist. Wie oben bereits beschrieben, weist das Steckverbindungselement zwei in unterschiedliche Richtungen offene, gabelförmige Steckkontaktaufnahmen auf, die jeweils an einem Längsende des Steckverbindungselements ausgebildet sind und das jeweilige Stromleitelement so umgreifen, dass ein jeweiliger Kontaktabschnitt des Steckverbindungselements an einer Flachseite des jeweiligen Stromleitelements anliegt. Die Kontaktabschnitte befinden sich also in den Steckkontaktaufnahmen, wobei vorzugsweise ein Kontaktabschnitt an einem Mittelsteg und ein weiterer Kontaktabschnitt an einem Kontaktarm ausgebildet sind. Die Kontaktabschnitte können beispielsweise bauchig ausgeführt sein.
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Die Stromschnittstelle ermöglicht es vorteilhafterweise, dass die beiden Stromleitelemente, bei denen es sich um z.B. Stromschienen bzw. Stanzgitter handeln kann, über eine Steckverbindung miteinander verbunden werden. Dadurch können aufwändige Fügeverfahren entfallen und die elektrische Stromschnittstelle insgesamt kostengünstiger bereitgestellt werden.
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Es hat sich für den konstruktiven Aufbau als vorteilhaft erwiesen, wenn die erste Steckkontaktaufnahme in einer ersten Ebene und die zweite Steckkontaktaufnahme in einer zur ersten Ebene unterschiedlichen, dazu parallelen, zweiten Ebene angeordnet sind.
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Durch den Verzicht auf aufwändige Fügeverfahren, die bei unterschiedlichen Stromleitelementen noch aufwändiger wären, können das erste Stromleitelement, das zweite Stromleitelement zueinander unterschiedliche Blechstärken aufweisen. Hierfür kann das Steckverbindungselement beispielsweise unterschiedliche Öffnungsweiten bei den Steckkontaktaufnahmen haben.
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Die Erfindung betrifft auch einen elektrischen Stromverteiler für ein Kraftfahrzeug, der ein Gehäuse aufweist, in dem eine elektrische Stromschnittstelle, wie sie vorstehend beschrieben wurde, in ein Kunststoffmaterial des Gehäuses eingebettet ist. In anderen Worten kann wenigstens das Steckverbindungselement von dem Kunststoffmaterial des Gehäuses umspritzt sein, so dass es nicht weiter befestigt werden muss. Die Steckverbindungselemente können dabei flächig liegend in dem Gehäuse angeordnet sein, wobei das Steckverbindungselement beide miteinander verbindet.
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Figurenliste
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Nachfolgend wird ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitenden Figuren erläutert. Es zeigen:
- 1 eine erfindungsgemäße Stromschnittstelle mit einem erfindungsgemäßen elektrischen Steckverbindungselement in einer perspektivischen Ansicht,
- 2 eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Steckverbindungselements in einer perspektivischen Ansicht und
- 3 eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Steckverbindungselements in einer perspektivischen Ansicht.
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Die Figuren sind lediglich schematische Darstellungen und dienen nur der Erläuterung der Erfindung. Gleiche oder gleichwirkende Elemente sind durchgängig mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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Detaillierte Beschreibung
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1 zeigt in einer perspektivischen Ansicht eine elektrische Stromschnittstelle 1, die sich insbesondere zur Anordnung in einem (nicht dargestellten) elektrischen Stromverteiler oder einer Sicherungsbox eines Kraftfahrzeugs eignet. Dabei ist es möglich, dass die Stromschnittstelle 1 in einem Kunststoffmaterial eines (nicht gezeigten) Gehäuses des Stromverteilers oder der Sicherungsbox durch Umspritzen mit dem Kunststoffmaterial eingebettet wird.
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Die Stromschnittstelle 1 weist ein erstes Stromleitelement 2 auf, bei dem es sich z.B. um eine Stromschiene aus einem metallischen, elektrisch gut leitfähigen Blechmaterial handelt, das z.B. als Stanzgitter vorliegen kann. Dieses erste Stromleitelement 2 ist in einer ersten Ebene angeordnet, die in 1 anschaulich durch die Längs- und Quererstreckung dieser Platte aufgespannt wird. Die Stromschnittstelle 1 verfügt auch über ein zweites elektrisches Stromleitelement 3, das ebenfalls aus einem metallischen, elektrisch gut leitfähigen Blechmaterial gefertigt ist und als Stromschiene bzw. Stanzgitter vorliegt. Wie in 1 erkennbar, ist das zweite Stromleitelement 3 in einer zu der ersten Ebene unterschiedlichen, zweiten Ebene angeordnet, die ebenfalls durch die Längs- und Quererstreckung der Platte, also des Stromleitelements 3 selbst, aufgespannt wird. In 1 ist auch gut erkennbar, dass die beiden Ebenen, also auch die beiden Stromleitelemente 2, 3, hier zueinander höhenversetzt sind. Auf ähnliche Weise können die beiden Stromleitelemente 2, 3 auch in dem Gehäuse des Stromverteilers zueinander versetzt sein, wobei diese z.B. auch in einer Hochrichtung des Stromverteilers zueinander höhenversetzt sein können.
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Die beiden Stromleitelemente 2, 3 sind über ein elektrisches Steckverbindungselement 4 über eine erste Steckverbindung zwischen dem ersten Stromleitelement 2 und dem Steckverbindungselement 4 sowie über eine zweite Steckverbindung zwischen dem zweiten Stromleitelement 3 und dem Steckverbindungselement miteinander elektrisch verbunden. Das Zusammenstecken erfolgt für das erste Stromleitelement 2 in einer ersten Steckrichtung S1 und für das zweite Stromleitelement 3 in einer entgegengesetzten, zweiten Steckrichtung S2. Das Steckverbindungselement 4 stellt somit eine elektrische Brücke für die beiden Stromleitelemente 2, 3 dar. In 1 sind exemplarisch zwar mehrere, genauer gesagt genau sechs, zueinander identische Steckverbindungselemente 4 zwischen den beiden Stromleitelementen 2, 3 angeordnet, jedoch ist es prinzipiell denkbar, dass nur ein einziges oder z.B. zwei, drei, vier, fünf oder mehr Steckverbindungselemente 4 die Stromleitelemente 2, 3 miteinander verbinden. In jedem Fall kann sich die Verbindung zwischen den beiden Stromleitelementen 2, 3 auf eine Steckverbindung beschränken, so dass kein Schrauben, Durchsetzfügen oder ein anderes Fügeverfahren eingesetzt werden müssen.
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In 2 ist eine erste Ausführungsform des Steckverbindungselements 4 in einer perspektivischen Ansicht gezeigt. Es ist zu erkennen, dass das Steckverbindungselement 4 einen Hauptkörper 4.1 aufweist, der aus einem blechförmigen Metallwerkstoff durch Stanzen ausgeformt ist. Daran sind eine erste gabelförmige Steckkontaktaufnahme 4.2 und eine zweite gabelförmige Steckkontaktaufnahme 4.3 einstückig damit ausgebildet, die in zueinander unterschiedlichen Richtungen geöffnet sind, um (wie in 1 gezeigt) die beiden Stromleitelemente 2, 3 darin aufzunehmen und miteinander zu verbinden. Entsprechend den zueinander versetzt angeordneten Ebenen der Stromleitelemente 2, 3, sind auch die Steckkontaktaufnahmen 4.2, 4.3 zueinander versetzt, also in zueinander unterschiedlichen Ebenen angeordnet. Der Hauptkörper 4.1 des Steckverbindungselements 4 unterteilt sich funktional in einen Mittelsteg 4.4, der im Einbauzustand zwischen der ersten Ebene, in der das erste Stromleitelement 2 angeordnet ist, und der zweiten Ebene, in der das zweite Stromleitelement 4 angeordnet ist, angeordnet ist. Im Einbauzustand (siehe 1) befindet sich der Mittelsteg 4.4 also zwischen den beiden Ebenen. Angrenzend bzw. benachbart zu jeder der Ebenen verfügt der Mittelsteg 4.4 über jeweils einen einstückig damit ausgebildeten Kontaktabschnitt 4.5 und 4.6, die hier als Vorsprünge ausgeformt sind, die in die jeweilige Steckkontaktaufnahme 4.2, 4.3 hineinragen. Entsprechend den gegenseitig geöffneten Steckkontaktaufnahmen 4.2, 4.3 sind auch die Kontaktabschnitte 4.5, 4.6 auf gegenüberliegenden Seiten des Mittelstegs 4.4 angeordnet. Da auch die beiden Ebenen zueinander versetzt sind, sind auch die beiden Kontaktabschnitte 4.5, 4.6 zueinander versetzt, bezogen auf eine Hochrichtung des Steckverbindungselements 4 höhenversetzt. In 2 sind somit der erste Kontaktabschnitt 4.5 an einer ersten Seite (in 2 der Oberseite) und der zweite Kontaktabschnitt 4.6 an einer dieser gegenüberliegenden, zweite Seite (in 2 der Unterseite) des Mittelstegs 4.4 ausgebildet. Der Mittelsteg 4.4 mündet einerseits in einen ersten Kontaktarm 4.7 und andererseits in einen zweiten Kontaktarm 4.8, die also beide einstückig mit dem Mittelsteg 2.4 sowie dem Hauptkörper 4.1 ausgebildet sind. An den freien Enden der Kontaktarme 4.7, 4.8 sind jeweils weitere Kontaktabschnitte 4.9 und 4.10 ausgeformt, die dem jeweiligen mittelstegseitigen Kontaktabschnitt 4.5, 4.6 gegenüberliegen.
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Zum Einstecken der Stromleitelemente 2, 3 sind die Kontaktabschnitte 4.5 und 4.9 bzw. 4.6 und 4.10 geringfügig voneinander beabstandet, so dass die Steckkontaktaufnahmen 4.2, 4.3 eine definierte Öffnungsweite haben. Aus 2 geht auch hervor, dass die Stirnseiten der freien Enden der Kontaktarme 4.7, 4.8 jeweils mit Stirnseiten des Mittelstegs 4.4 fluchten. Es ist darüber hinaus auch erkennbar, dass der Hauptkörper 4.1 an seiner in 2 sichtbaren Flachseite eine Eingriffskontur 4.11 in Form einer Negativkontur hat. Auf der in 2 verdeckten, der ersten Flachseite gegenüberliegenden, zweiten Flachseite ist eine zweite Eingriffskontur 4.12 in Form einer Positivkontur ausgeformt. Die beiden Eingriffskonturen 4.11, 4.12 sind durch ein Stanzpaketierverfahren ausgeformt und sind dadurch komplementär, so dass sie ineinandergreifen können, um ein Abgleiten einzelner Steckverbindungselemente 4 aneinander zu vermeiden. Auf diese Weise sind in 2 lediglich exemplarisch drei der Steckverbindungselemente 4 zu einem Paket zusammengefasst. Die Paketgröße, also die Anzahl kombinierter Steckverbindungselemente 4, richtet sich hauptsächlich nach der erforderlichen Stromtragfähigkeit.
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In 3 ist eine weitere Ausführungsform des Steckverbindungselements 4 dargestellt. Es ist erkennbar, dass der Mittelsteg 4.4 in einen damit einstückig ausgebildeten Verbindungssteg 4.13 übergeht, der an einem anderen Ende wiederum in einen Mittelsteg 4.4 eines weiteren Steckverbindungselements 4 übergeht. Dadurch ergibt sich der in 3 dargestellte U-förmige Aufbau des Steckverbindungselements 4 der zweiten Ausführungsform mit im Prinzip zwei Hauptkörpern 4.1.
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Ausgehend von den dargestellten Ausführungsbeispielen können die Stromschnittstelle 1 bzw. das Steckverbindungselement 4 in vielerlei Hinsicht abgewandelt werden. So ist es z.B. möglich, dass mehrere der Steckverbindungselemente 4 der weiteren Ausführungsform ineinander gesteckt werden, so dass innerhalb der U-Form eines Steckverbindungselements 4 ein oder mehrere weitere Steckverbindungselemente 4 der weiteren Ausführungsform angeordnet sind. Hierzu weisen die vom Grundaufbau identischen Steckverbindungselemente 4 unterschiedliche Abstände zwischen dem jeweils ersten und jeweils zweiten Hauptkörper 4.1 bzw. unterschiedliche weite Verbindungsstege 4.13 auf.
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BEZUGSZEICHENLISTE
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- 1
- Elektrische Stromschnittstelle
- 2
- Erstes Stromleitelement (z.B. Stromschiene, Stanzgitter usw.)
- 3
- Zweites Stromleitelement (z.B. Stromschiene, Stanzgitter usw.)
- 4
- Elektrisches Steckverbindungselement
- 4.1
- Hauptkörper
- 4.2
- Erste Steckkontaktaufnahme
- 4.3
- Zweite Steckkontaktaufnahme
- 4.4
- Mittelsteg
- 4.5
- Erster (mittelstegseitiger) Kontaktabschnitt
- 4.6
- Zweiter (mittelstegseitiger) Kontaktabschnitt
- 4.7
- Erster Kontaktarm
- 4.8
- Zweiter Kontaktarm
- 4.9
- Weiterer (kontaktarmseitiger) Kontaktabschnitt
- 4.10
- Weiterer (kontaktarmseitiger) Kontaktabschnitt
- 4.11
- Erste Eingriffskontur (z.B. Negativkontur)
- 4.12
- Zweite Eingriffskontur (z.B. Positivkontur)
- 4.13
- Verbindungssteg
- S1
- Erste Steckrichtung
- S2
- Zweite Steckrichtung
