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Die Erfindung betrifft einen Steckverbinder mit mindestens einem länglichen Kontaktteil, das elektrisch leitend ist und zwei Enden aufweist, die in zwei elektrisch leitende Aufnahmekörper eingesteckt sind, um die elektrisch leitenden Aufnahmekörper über das längliche Kontaktteil elektrisch miteinander zu verbinden. Die Erfindung betrifft des Weiteren eine elektrisch angetriebene Luftzuführvorrichtung zur Luftversorgung eines Brennstoffzellensystems, mit einem Gehäuse, das eine Stromanschlusseinrichtung und eine Steueranschlusseinrichtung umfasst.
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Stand der Technik
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Aus der deutschen Offenlegungsschrift
DE 10 2019 207 438 A1 ist ein elektrisch unterstützter Turbolader mit einem Verdichtergehäuse, einem an das Verdichtergehäuse anschließenden Statorpaket eines mit dem Turbolader gekoppelten Elektromotors und einem an das Statorpaket anschließenden Elektronikgehäuse des Elektromotors bekannt. Aus der europäischen Patentanschrift
EP 3 641 068 B1 ist ein Steckverbinder mit einem Anschlussstecker und einer Anschlussbuchse bekannt, die ein ringförmiges Buchsenteil und einen zumindest teilweise in Inneren des ringförmigen Buchsenteils angeordneten Lamellenkorb umfasst.
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Offenbarung der Erfindung
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Aufgabe der Erfindung ist es, einen Steckverbinder mit mindestens einem länglichen Kontaktteil, das elektrisch leitend ist und zwei Enden aufweist, die in zwei elektrisch leitende Aufnahmekörper eingesteckt sind, um die elektrisch leitenden Aufnahmekörper über das längliche Kontaktteil elektrisch miteinander zu verbinden, insbesondere zur Verwendung in oder an einer elektrisch angetriebenen Luftzuführvorrichtung zur Luftversorgung eines Brennstoffzellensystems, mit einem Gehäuse, das eine Stromanschlusseinrichtung und eine Steueranschlusseinrichtung umfasst, herstellungstechnisch und/oder funktionell zu verbessern.
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Die Aufgabe ist bei einem Steckverbinder mit mindestens einem länglichen Kontaktteil, das elektrisch leitend ist und zwei Enden aufweist, die in zwei elektrisch leitende Aufnahmekörper eingesteckt sind, um die elektrisch leitenden Aufnahmekörper über das längliche Kontaktteil elektrisch miteinander zu verbinden, dadurch gelöst, dass der Steckverbinder eine Lagereinrichtung für das längliche Kontaktteil umfasst, die Toleranzausgleichsbewegungen des länglichen Kontaktteils relativ zu den elektrisch leitenden Aufnahmekörpern ermöglicht, wenn die elektrische Verbindung zwischen den elektrisch leitenden Aufnahmekörpern mit dem länglichen Kontaktteil hergestellt wird. Bei dem Steckverbinder handelt es sich um eine Steckverbindungsvorrichtung, die mehrteilig ausgeführt ist. Die Steckverbindungsvorrichtung wird verkürzt als Steckverbinder bezeichnet. Der Steckverbinder umfasst vorzugsweise mehrere längliche Kontaktteile, insbesondere drei längliche Kontaktteile, die zur Bereitstellung eines 3-Phasen-Wechselstroms dienen, der zum Beispiel über einen Inverter an einer Steueranschlusseinrichtung einer elektrisch angetriebenen Luftzuführvorrichtung ankommt. Über den Steckverbinder wird die Steueranschlusseinrichtung elektrisch mit der Stromanschlusseinrichtung der elektrisch angetriebenen Luftzuführvorrichtung verbunden. Herstellungsbedingt können die Anbaupositionen der Stromanschlusseinrichtung und der Steueranschlusseinrichtung an der elektrisch angetriebenen Luftzuführvorrichtung variieren. Das kann zum Beispiel dazu führen, dass eine Längsachse des länglichen Kontaktelements nicht immer ihre ideale Achsrichtung zwischen den beiden Anschlusseinrichtungen einnehmen kann. Es kann zum Beispiel ein Achsversatz und/oder ein Winkelversatz auftreten, der an sich unerwünscht ist, aber herstellungsbedingt nicht oder nicht ganz ausgeschlossen werden kann. Durch die beanspruchte Lagereinrichtung kann das längliche Kontaktteil in einem begrenzten Umfang bei der Montage des Steckverbinders Toleranzausgleichsbewegungen ausführen, ohne dass die elektrische Verbindung zwischen den elektrisch leitenden Aufnahmekörpern beeinträchtigt wird. Durch die Lagereinrichtung für das längliche Kontaktteil wird der Toleranzausgleich besonders vorteilhaft auch bei eher geringen oder normal großen Steckkräften ermöglicht. Darüber hinaus kann durch die Lagereinrichtung die Haltbarkeit beziehungsweise Stromtragfähigkeit der elektrischen Kontaktierung verbessert werden.
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Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Steckverbinders ist dadurch gekennzeichnet, dass die Lagereinrichtung für das längliche Kontaktteil zwei elastisch verformbare Lagerelemente umfasst, die zusammen mit jeweils einem der elektrisch leitenden Aufnahmekörper in zwei Gehäuseteilen des Steckverbinders angeordnet sind. Der elektrisch leitende Aufnahmekörper dient zur Darstellung einer elektrischen Verbindung mit dem länglichen Kontaktteil. Das elastisch verformbare Lagerelement ermöglicht die gewünschten Toleranzausgleichsbewegungen des länglichen Kontaktteils in dem jeweiligen Gehäuseteil. Die Elastizität der elastisch verformbaren Lagerelemente ermöglicht Relativbewegungen zwischen dem eher starren länglichen Kontaktteil und dem ebenfalls eher starren Gehäuseteil. Darüber hinaus übt das elastisch verformbare Lagerelement mindestens eine weitere Funktion aus, zum Beispiel eine Dämpfungsfunktion und/oder eine Dichtfunktion.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Steckverbinders ist dadurch gekennzeichnet, dass die elastisch verformbaren Lagerelemente aus einem elektrisch isolierenden Material gebildet sind. So kann mit den elastisch verformbaren Lagerelementen vorteilhaft noch eine weitere zusätzliche Funktion ausgeübt werden. Bei dem elektrisch isolierenden Material, aus dem die elastisch verformbaren Lagerelemente gebildet sind, handelt es sich vorzugsweise um ein Kunststoffmaterial, insbesondere um ein Elastomer.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Steckverbinders ist dadurch gekennzeichnet, dass jedes elastisch verformbare Lagerelement eine hülsenartige Gestalt aufweist und in einem Ringraum zwischen dem länglichen Kontaktteil und dem jeweiligen Gehäuseteil angeordnet ist. Durch die hülsenartige Gestalt wird erreicht, dass das elastisch verformbare Lagerelement das längliche Kontaktteil in einem Querschnittsbereich vollständig umgibt. So kann das längliche Kontaktteil vorteilhaft in verschiedenen Richtungen Ausgleichsbewegungen relativ zu dem Gehäuseteil ausführen. Die Größe der Ausgleichsbewegungen wird durch die Größe des Ringraums definiert, in dem das elastisch verformbare Lagerelement angeordnet ist.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Steckverbinders ist dadurch gekennzeichnet, dass an dem länglichen Kontaktteil mindestens eine axiale Sicherung für das elastisch verformbare Lagerelement vorgesehen ist. Die axiale Sicherung umfasst zum Beispiel einen axialen Sicherungsring, der in einer entsprechenden Ringnut des länglichen Kontaktteils angeordnet ist. Das liefert unter anderem den Vorteil, dass die axiale Sicherung auf einfache Art und Weise vor beziehungsweise nach der Montage des elastisch verformbaren Lagerelements montiert werden kann.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Steckverbinders ist dadurch gekennzeichnet, dass das längliche Kontaktteil eine runde Außengeometrie aufweist. Besonders vorteilhaft umfasst das längliche Kontaktteil einen runden Querschnitt, insbesondere einen kreisrunden Querschnitt. Das längliche Kontaktteil hat zum Beispiel im Wesentlichen die Gestalt eines geraden Kreiszylinders. Dadurch werden die Herstellung und die Funktion des länglichen Kontaktteils vereinfacht beziehungsweise verbessert.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Steckverbinders ist dadurch gekennzeichnet, dass jeder elektrisch leitende Aufnahmekörper eine dem länglichen Kontaktteil zugewandte konvexe Kontaktkontur aufweist, mit welcher der elektrisch leitende Aufnahmekörper das längliche Kontaktteil so umgreift, dass ein elektrischer Kontakt zwischen dem elektrisch leitenden Aufnahmekörper und dem länglichen Kontaktteil auch bei einem Achsversatz und/oder einem Winkelversatz aufrechterhalten wird. Zur Darstellung der konvexen Kontaktkontur hat der elektrisch leitende Aufnahmekörper im Kontaktbereich zum Beispiel eine nach außen gewölbte Krümmung. Das bedeutet dann insbesondere, dass der elektrisch leitende Aufnahmekörper im Querschnitt zum Beispiel die Gestalt eines Teilkreises aufweist, um die konvexe Kontaktkontur darzustellen.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Steckverbinders ist dadurch gekennzeichnet, dass die konvexe Kontaktkontur in einer axialen Richtung so weit von einem axialen Ende des elektrisch leitenden Aufnahmekörpers beabstandet ist, dass längliche Kontaktteile verwendet werden können, die toleranzbedingt unterschiedliche Längen aufweisen. Über die Größe des Abstandes zwischen dem axialen Ende des elektrisch leitenden Aufnahmekörpers und der konvexen Kontaktkontur kann die Größe eines möglichen Längenausgleichs angepasst werden.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Steckverbinders ist dadurch gekennzeichnet, dass der elektrisch leitende Aufnahmekörper aus einem elektrisch leitenden Blechmaterial gebildet ist und elastisch verformbare Lamellen aufweist, die zur Darstellung der elektrischen Verbindung mit dem länglichen Kontaktteil dienen. So wird auf einfache Art und Weise sichergestellt, dass der elektrische Kontakt zwischen dem länglichen Kontaktteil und dem elektrisch leitenden Aufnahmekörper nicht beeinträchtigt wird, und zwar insbesondere auch dann nicht, wenn das längliche Kontaktteil die vorab beschriebenen Toleranzausgleichsbewegungen ausführt. Der elektrisch leitende Aufnahmekörper ist vorteilhaft in einer Kunststoffbuchse angeordnet, die, zum Beispiel zu Isolationszwecken, im eingebauten Zustand zwischen dem elektrisch leitenden Aufnahmekörper und dem Gehäuseteil angeordnet ist.
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Die Erfindung betrifft des Weiteren ein längliches Kontaktteil, einen elektrisch leitenden Aufnahmekörper und/oder eine Lagereinrichtung, insbesondere ein elastisch verformbares Lagerelement, für einen vorab beschriebenen Steckverbinder. Die genannten Teile sind separat handelbar.
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Bei einer elektrisch angetriebenen Luftzuführvorrichtung zur Luftversorgung eines Brennstoffzellensystems, mit einem Gehäuse, das eine Stromanschlusseinrichtung und eine Steueranschlusseinrichtung umfasst, ist die oben angegebene Aufgabe alternativ oder zusätzlich dadurch gelöst, dass die Stromanschlusseinrichtung durch mindestens einen vorab beschriebenen Steckverbinder elektrisch mit der Steueranschlusseinrichtung verbunden ist. Zur Übertragung von drei Wechselstromphasen umfasst die Verbindung zwischen der Stromanschlusseinrichtung und der Steueranschlusseinrichtung vorteilhaft drei Steckverbinder. Die elektrisch angetriebene Luftzuführvorrichtung wird auch als elektrisch angetriebener Luftverdichter bezeichnet. Ein Inverter kann in das Gehäuse des elektrisch angetriebenen Luftverdichters integriert sein. Der Inverter kann aber auch außerhalb des Gehäuses des elektrisch angetriebenen Luftverdichters separat angeordnet sein.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung verschiedene Ausführungsbeispiele im Einzelnen beschrieben sind.
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Figurenliste
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Es zeigen:
- 1 eine perspektivische Darstellung einer Luftzuführvorrichtung mit einem Gehäuse, an beziehungsweise in dem eine Steueranschlusseinrichtung über drei längliche Kontaktteile mit einer Stromanschlusseinrichtung verbunden ist;
- 2 eine perspektivische Darstellung eines elektrisch leitenden Aufnahmekörpers für einen Steckverbinder;
- 3 ein Blechteil, aus welchem der elektrisch leitende Aufnahmekörper in 2 gebildet ist;
- 4 eine schematische Darstellung eines Steckverbinders im Längsschnitt; und
- 5 den Steckverbinder aus 4 beim Ausgleich eines Achsversatzes beziehungsweise Winkelversatzes.
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Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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In 1 ist eine Luftzuführvorrichtung 1 perspektivisch dargestellt. Die Luftzuführvorrichtung 1 wird auch als Luftverdichter bezeichnet und dient in einem mobilen Brennstoffzellensystem zur Bereitstellung von verdichteter Luft.
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Das mobile Brennstoffzellensystem wiederum dient in einem mit dem Brennstoffzellensystem ausgestatteten Kraftfahrzeug zur Bereitstellung von elektrischer Energie, die zum Beispiel über einen Elektromotor in Antriebsenergie für das Kraftfahrzeug umgewandelt wird.
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Die Luftzuführvorrichtung 1 umfasst ein mehrteiliges Gehäuse 2 mit einem Luftanschluss 3, über den Luft zugeführt wird, und mit einem Luftanschluss 4, über den verdichtete Luft abgeführt wird. Zum Verdichten der Luft umfasst die Luftzuführvorrichtung 1 zum Beispiel ein Verdichterrad, das innerhalb einer Verdichtervolute drehbar ist.
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Der Antrieb des Verdichterrads erfolgt durch einen Elektromotor, der in dem Gehäuse 2 angeordnet ist. Der Elektromotor umfasst einen Rotor, der innerhalb eines Stators drehbar ist.
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Der Stator des Elektromotors umfasst eine Stromanschlusseinrichtung 5, über welche dem Stator Wechselstrom in drei Phasen zugeführt wird. Die Stromanschlusseinrichtung 5 ist über einen Steckverbinder 10, der drei längliche Kontaktteile 7, 8, 9 umfasst, mit einer Steueranschlusseinrichtung 6 verbunden.
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Die Steueranschlusseinrichtung 6 ist zum Beispiel mit einem Kabelabgang 40 kombiniert, der, wie durch drei angedeutete abgehende Kabel angedeutet ist, an einen separat angeordneten und in 1 nicht dargestellten Inverter angeschlossen ist. Der Inverter kann aber auch in das Gehäuse 2 der Luftzuführvorrichtung 1 integriert sein. Dann entfällt der Kabelabgang 40.
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In den 4 und 5 ist der Steckverbinder 10 mit dem länglichen Kontaktteil 8 im Längsschnitt dargestellt. Das längliche Kontaktteil 8 hat einen kreisrunden Querschnitt. Durch eine Bemaßungslinie 38 ist eine Länge des länglichen Kontaktteils 8 angedeutet. Das längliche Kontaktteil 8 hat im Wesentlichen die Gestalt eines geraden Kreiszylinders, der an seinen einander abgewandten Enden 14, 24 mit einer Fase versehen ist.
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Die Enden 14, 24 des länglichen Kontaktteils 8 sind in elektrisch leitenden Aufnahmekörpern 11, 21 angeordnet. Über das längliche Kontaktteil 8 sind die elektrisch leitenden Aufnahmekörper 11, 21 elektrisch miteinander verbunden.
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Von dem elektrisch leitenden Aufnahmekörper 11 geht zum Beispiel einer der Kabelabgänge der Steueranschlusseinrichtung 6 aus. Von dem elektrisch leitenden Aufnahmekörper 21 geht zum Beispiel eine in 1 angedeutete Stromleitung 39 aus. Die Stromleitung 39 ist zum Beispiel an eine nicht dargestellte Statorwicklung des Stators des elektromotorischen Antriebs der Luftzuführvorrichtung 1 angeschlossen.
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Die elektrisch leitenden Aufnahmekörper 11, 21 sind jeweils in einer Isolierbuchse 12, 22 aus einem Kunststoffmaterial angeordnet. Die Isolierbuchse 12, 22 hat die Gestalt eines geraden Kreiszylindermantels, der den elektrisch leitenden Aufnahmekörper 11, 12 umgibt. Die Isolierbuchse 12, 22 wiederum ist in einem Gehäuseteil 13, 23 angeordnet, das einen Aufnahmeraum für die Isolierbuchse 12, 22 mit dem elektrisch leitenden Aufnahmekörper 11, 21 umfasst.
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Die Isolierbuchse 12 ist an beiden Enden offen. Die Isolierbuchse 22 ist an ihrem in den 4 und 5 linken Ende geschlossen ausgeführt. Die elektrisch leitenden Aufnahmekörper 11, 21 sind fest in den jeweils zugeordneten Isolierbuchsen 12, 22 angeordnet. Eine Verbindung zwischen den Isolierbuchsen 12, 22 und den zugeordneten elektrisch leitenden Aufnahmekörpern 11, 21 ist stoffschlüssig, kraftschlüssig und/oder formschlüssig ausgeführt.
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Das Gehäuseteil 13, 23 umfasst einen Aufnahmeraum für die Isolierbuchse 12,22 mit dem elektrisch leitenden Aufnahmekörper 11,21 und ein elastisch verformbares Lagerelement 15,25.
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Die elastisch verformbaren Lagerelemente 15, 25 sind als Ringkörper mit radial nach außen abstehenden Rippen 41, 42 ausgeführt und stellen zusammen eine Lagereinrichtung 20 für das längliche Kontaktteil 8 dar. Radial innen liegen die vorzugsweise aus einem Vollmaterial gebildeten elastisch verformbaren Lagerelemente 15, 25 an dem länglichen Kontaktteil 8 an.
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Das elastisch verformbare Lagerelement 15 ist durch eine axiale Sicherung 18 in dem Gehäuseteil 13 axial positioniert. Das elastisch verformbare Lagerelement 25 ist durch zwei axiale Sicherungen 28, 29 axial an dem länglichen Kontaktteil 8 festgelegt. Die axialen Sicherungen 18; 28, 29 umfassen zum Beispiel axiale Sicherungsringe, die in entsprechenden Ringnuten des länglichen Kontaktteils 8 aufgenommen sind.
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Die elastisch verformbaren Lagerelemente 15; 25 sind jeweils in einem Ringraum 16, 26 angeordnet, der zwischen dem länglichen Kontaktteil 8 und dem Gehäuseteil 13; 23 ausgebildet ist. Durch die elastische Verformbarkeit der Lagerelemente 15, 25 werden Ausgleichsbewegungen des länglichen Kontaktteils 8 in den Gehäuseteilen 13, 23 ermöglicht.
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In 4 ist durch eine Bemaßungslinie 38 eine Länge des länglichen Kontaktteils 8 angedeutet. Die einander abgewandten Enden 14, 24 des länglichen Kontaktteils 8 sind von den axialen Enden der elektrisch leitenden Aufnahmekörper 11, 21 in axialer Richtung beabstandet. Das liefert unter anderem den Vorteil, dass längliche Kontaktteile 7 mit unterschiedlichen Längen 38 montiert werden können.
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In 4 entspricht die Bemaßungslinie 38 einer Längsachse des länglichen Kontaktteils 9, die in 4 mit Längsachsen der Gehäuseteile 13, 23 koaxial ist. Aufgrund von Fertigungstoleranzen können aber Abweichungen dieser an sich gewünschten Koaxialität auftreten.
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In 5 ist veranschaulicht, wie mit dem Steckverbinder 10 sowohl ein Achsversatz 35 als auch ein Winkelversatz 36 ausgeglichen werden kann. In 5 ist das längliche Kontaktteil 8 leicht schräg gestellt, so dass das in 5 rechte Ende 14 tiefer angeordnet ist als das in 5 linke Ende 24 des länglichen Kontaktteils 8.
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Dieses Schrägstellen oder Verkippen des länglichen Kontaktteils 8 wird zum einen durch konvexe Kontaktkonturen 17, 27 in den elektrisch leitenden Aufnahmekörpern 11, 21 ermöglicht. Darüber hinaus verformen sich die elastisch verformbaren Lagerelemente 15, 25 in den Ringräumen 16, 26, wie man in 5 sieht.
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Das elastisch verformbare Lagerelement 25 ist in 5 unten deutlich stärker zusammengedrückt als oben. Das elastisch verformbare Lagerelement 15 ist in 5 oben deutlich stärker zusammengedrückt als in 5 unten.
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Durch die elastische Verformbarkeit und die außen umlaufenden Rippen 41, 42 wird jedoch sichergestellt, dass die elastisch verformbaren Lagerelemente 15, 25 sowohl radial innen an dem länglichen Kontaktteil 8 als auch radial außen an dem jeweiligen Gehäuseteil 13, 23 anliegen. So werden die Aufnahmeräume in den Gehäuseteilen 13, 23 durch die elastisch verformbaren Lagerelemente 15, 25 auch dann gegenüber der Umgebung abgedichtet, wenn ein Achsversatz 35 und ein Winkelversatz 36 auftritt.
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Durch entsprechende Gestaltung der elektrisch leitenden Aufnahmekörper 11, 21 und der elastisch verformbaren Lagerelemente 15, 25 kann ein Winkelversatz 36 von bis zu fünf Grad ausgeglichen werden. Das Schrägstellen des länglichen Kontaktteils 8, das in 5 durch den Achsversatz 35 und den Winkelversatz 36 angedeutet ist, erfolgt vorzugsweise in einem elastischen Bereich und erzeugt eine Rückstellkraft, die eine zuverlässige Stromführung zwischen den elektrisch leitenden Aufnahmekörpern 11, 21 über das längliche Kontaktteil 8 ermöglicht.
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Die elastisch verformbaren Lagerelemente 15, 25 sind aus einem elektrisch nicht leitenden Material, wie einem Elastomer, gebildet. So kann vorteilhaft die Einhaltung von Luft- und Kriechstrecken mit der Steckverbindung 10 sichergestellt werden.
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In 2 ist ein Ausführungsbeispiel des elektrisch leitenden Aufnahmekörpers 21 perspektivisch dargestellt. Der elektrisch leitende Aufnahmekörper 21 ist, wie man in 3 sieht, aus einem Blechteil 30 gebildet, das vorteilhaft als Stanzteil ausgeführt ist.
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Das Blechteil 30 umfasst eine Basis 31, von der Lamellen 32 ausgehen. Das Blechteil 30 mit den Lamellen 32 wird rund gebogen, um den in 2 dargestellten elektrisch leitenden Aufnahmekörper 21 darzustellen. Die Lamellen 32 werden an ihren freien Enden noch gekrümmt, um die konvexe Kontaktkontur darzustellen, die in den 4 und 5 mit 27 bezeichnet ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102019207438 A1 [0002]
- EP 3641068 B1 [0002]
