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Die Erfindung betrifft einen Einsatz zur elektrischen Verbindung eines elektrischen Anschlusses mit einer Wand, die wenigstens eine nicht rotationssymmetrische Durchgangsöffnung aufweist.
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Um zwischen einem plattenförmigen Bauteil, beispielsweise einer Wand, und einem Anschlussbolzen für ein Erdungskabel oder dgl. eine elektrisch leitende Verbindung zur Stromübertragung herzustellen, ist es bekannt, den Bolzen und die Wand mittels eines elektrisch leitfähigen Bauteils mechanisch so zu verbinden, dass beide mit dem elektrisch leitfähigen Bauteil in Kontakt stehen. Derartige elektrisch leitende Verbindungen erfordern eine besonders gute mechanische Verbindung.
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Aus der
DE 10 2016 112 782 A1 ist ein solcher Einsatz zur Verbindung eines elektrischen Anschlusses mit einer Wand, beispielsweise einem dünnen Blech, bekannt. Um die elektrische Leitfähigkeit zwischen einem Kabel und einem Blech herzustellen, wird einen Bolzen (Massebolzen oder Erdungsbolzen) an einem Blech mittels einer deformierbaren Hülse befestigt. Hierfür muss die Verbindung Zugkräften sowie einem Drehmoment widerstehen, welche beispielsweise bei der Befestigung eines Kabelschuhs auf dem Gewindebolzen durch eine Mutter erzeugt werden können. Dies bewirkt eine radiale Aufweitung der Hülse außerhalb des Bleches. Die
DE 10 2016 112 782 A1 schlägt hierzu vor, dass der Kopf des Einsatzes eine Außenkontur aufweist, die wenigstens bereichsweise durch Rotation einer mit einem ersten Radius gekrümmten und von der ersten Längsachse beabstandeten ersten Linie in die erste Längsachse erzeugt ist. Weiter ist die Durchgangsöffnung des Rings mit einer Innenkontur versehen, die wenigstens bereichsweise durch Rotation einer mit einem zweiten Radius gekrümmten und von der zweiten Längsachse beabstandeten zweiten Linie um die zweite Längsachse erzeugt ist. Durch die beiden Radien ist es möglich, die Überdeckung außerhalb der Verbindungsstelle, d.h. des Bereichs, in welchem der Ring mit der Wand verpresst wird, kleiner und die Installationskräfte folglich niedriger zu halten. Durch einen tangentialen Auslauf der Radien können die Kräfte zudem bei größeren Klemmbereichen gleichmäßiger gehalten werden.
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Das Anziehdrehmoment kann beim Befestigen des Bolzens an der Wand teilweise bis zu 40 Nm betragen. Gerade wenn die Wand aus einem vergleichsweise dünnen Material besteht, ist es nicht möglich, das Drehmoment durch ein Verklemmen des Rings in der Wand abzustützen. Die minimale Wanddicke zum Abstützen eines solchen Drehmoments liegt bei einer Stahlwand bei etwa 1 mm und bei einer Aluminiumwand bei etwa 1,5 mm. Somit ist die Abstützung des Drehmomentes durch die Blechstärke limitiert.
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Die vorliegende Erfindung stellt sich daher die Aufgabe, einen Einsatz zur elektrischen Verbindung eines elektrischen Anschlusses mit einer Wand zu schaffen, der auch ein vergleichsweise hohes Drehmoment abstützen kann.
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Diese Aufgabe wird mit einem Einsatz mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Ein erfindungsgemäßer Einsatz weist hierzu einen elektrisch leitenden Bolzen und einen elektrisch leitenden, plastisch verformbaren Ring auf. Der Bolzen hat einen Kopf, der sich entlang einer ersten Längsachse erstreckt, und einen Schaft, der mit einem Außengewinde versehen ist. Der plastisch verformbare Ring hat einen Hülsenabschnitt, der eine Durchgangsöffnung mit einer zweiten Längsachse zur Aufnahme des Bolzens aufweist, und einen Anlagekragen. Dabei weist der Kopf vorzugsweise eine Außenkontur auf, die wenigstens bereichsweise, z.B. über einen Teil oder über seine gesamte Länge, durch Rotation einer mit einem ersten Radius gekrümmten und von der ersten Längsachse beabstandeten ersten Linie um die erste Längsachse erzeugt und wenigstens bereichsweise größer als die Innenkontur der Durchgangsöffnung des Hülsenabschnitts ist. Um im Rahmen des Leichtbaus und immer dünner werdenden Bauteilen eine Verbindung für elektrische Kontaktierungen herzustellen, die ein möglichst großes Drehmoment abfangen kann, weist der Hülsenabschnitt erfindungsgemäß wenigstens bereichsweise eine nicht rotationsymmetrische Außenkontur auf. Mit anderen Worten wird statt des bei bisher bekannten Systemen Abstützens des Drehmoments nur durch Reibschluss, d.h. durch rein rotationssymmetrischen Konturen indem ein Zugbolzen einen Kontaktring radial aufgeweitet, erfindungsgemäß z.B. für noch geringere Blechstärken eine Drehmomentabstützung über die äußere Formkontur des Rings vorgeschlagen. Diese soll gleichzeitig einen ausreichenden Anpressdruck an die Bohrungswand sicherstellen, um eine dichte Verbindung herzustellen und eine ausreichende Stromübertragung zu gewährleisten.
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Hierbei können die Innenkontur des Rings und der Zugbolzen ebenfalls der Außenkontur des Rings angepasst sein, um eine gleichmäßige Wandstärke des Rings zu erhalten. Alternativ kann die innere Kontur des Rings weiterhin rotationssymmetrisch ausgeführt sein. Es besteht also entweder nur ein Formschluss zwischen dem Ring und der Wand oder dgl. Bauteil, wobei die Innenkontur rotationssymmetrisch bleiben kann, oder die Formkontur ist innen und außen am Ring vorgesehen und damit ggf. auch außen am Kopf, wodurch umlaufend zumindest annähernd die gleiche Wandstärke des Rings bestehen bleibt.
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Nach einer Ausführungsform weist der Hülsenabschnitt eine im Wesentlichen zylindrische Außenkontur mit wenigstens einer, insbesondere parallel zur Längsachse ausgerichteten, Abflachung auf. Alternativ kann der Hülsenabschnitt wenigstens bereichsweise eine vieleckige Außenkontur aufweisen. Dabei ist jeweils die Außenkontur des Hülsenabschnitts vorzugsweise derart an die Innenkontur der nicht rotationssymmetrischen Öffnung der Wand angepasst, dass der Hülsenabschnitt drehfest in der nicht rotationssymmetrischen Öffnung der Wand geführt ist.
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Alternativ oder zusätzlich kann der Hülsenabschnitt eine nicht rotationssymmetrische Innenkontur aufweisen, wodurch der Hülsenabschnitt eine zumindest im Wesentlichen konstante Wanddicke beibehalten kann. Hierbei kann der Kopf ebenfalls eine nicht rotationssymmetrische Außenkontur aufweisen. Vorzugsweise ist die Außenkontur des Kopfes derart an die Innenkontur des Hülsenabschnitts angepasst ist, dass der Kopf drehfest in dem Hülsenabschnitt geführt ist.
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Die Durchgangsöffnung des Rings weist vorzugsweise eine Innenkontur auf, die wenigstens bereichsweise durch Rotation einer mit einem zweiten Radius gekrümmten und von der zweiten Längsachse beabstandeten zweiten Linie um die zweite Längsachse erzeugt ist, wobei der Abstand der zweiten gekrümmten Linie von der zweiten Längsachse sich von einem Ende zum gegenüberliegenden Ende des Rings vergrößert.
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Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die erste Linie derart angeordnet, dass diese auf der dem Schaft gegenüberliegenden Seite des Kopfes zumindest näherungsweise parallel zu der ersten Längsachse verläuft. In gleicher Weise kann auch die zweite Linie derart angeordnet sein, dass diese an einem Ende des Rings zumindest näherungsweise parallel zu der zweiten Längsachse verläuft. Vorzugsweise ist dies das Ende des Rings, welches im montierten Zustand, d.h. wenn der Bolzen in den Ring eingesetzt ist, dem Kopf des Bolzens zugewandt ist und dem Schaft des Bolzens abgewandt ist.
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Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, wenn die gesamte Außenkontur des Kopfes durch Rotation der ersten Linie um die erste Längsachse erzeugt ist. Alternativ oder zusätzlich kann die Innenkontur der Durchgangsöffnung ausschließlich durch Rotation der zweiten Linie um die zweite Längsachse definiert sein.
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Insbesondere ermöglicht es die Gestaltung der Innenkontur des Rings und der Außenkontur des Kopfes als Rotationskörper, die durch gekrümmte Linien erzeugt sind, dass definierte Bereiche des Rings durch den Kopf des Bolzens gezielt durch Aufweitung verformt werden. Es hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn die Außenkontur und die Innenkontur derart aufeinander abgestimmt sind, dass der Ring in einem im montierten Zustand in den Durchgangsöffnungen der zu verbindenden Bauteile gelegen Bereich radial aufgeweitet wird und/oder dass der Ring in einem im montierten Zustand außerhalb der Durchgangsöffnungen der Bauteile gelegen Bereich unter Ausbildung einer Wulst oder eines Überstands radial aufgeweitet wird. Hierdurch wird eine besonders gute mechanische Verbindung des Rings mit den Bauteilen sowie des Bolzens mit dem Ring erreicht, was zu einem niedrigen elektrischen Kontaktwiderstand führt. Eine definierte lokale Umformung des Rings durch den Kopf des Bolzens bewirkt zudem, dass die hierfür erforderlichen Kräfte vergleichsweise gering sind.
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Die Gestaltung der Radien und die Anordnung der Linien, welche die Außenkontur des Kopfes bzw. die Innenkontur der Durchgangsöffnung bilden, ist vorzugsweise so gewählt, dass der dem Schaft zugewandte Bereich des Kopfes mit einer Spielpassung in den Bereich der Durchgangsöffnung des Rings eingesetzt werden kann, welcher den größeren Durchmesser aufweist. Auch der Außendurchmesser des Schafts des Bolzens ist vorzugsweise kleiner als der kleinste Innendurchmesser der Durchgangsöffnung des Rings. Vorzugsweise ist der erste Radius von dem zweiten Radius verschieden. Insbesondere ist der erste Radius kleiner als der zweite Radius. Dies bewirkt, dass der Ring, und gegebenenfalls auch der Bolzen, plastisch verformt werden, wenn der Kopf des Bolzens in die Durchgangsöffnung des Rings gepresst wird. Hierdurch wird eine besonders gleichmäßige Verformung des Rings erzeugt, die den Ring definiert in Anlage mit den Innenwandungen der Durchgangsöffnung der Wand bringen kann.
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Zudem ist es möglich, den Ring auf einer Seite der Wand derart auszuweiten, dass der Ring eine Wulst bzw. einen Überstand ausbildet und dadurch mit der Wand verpresst wird. Zweckmäßigerweise ist der Abstand der ersten gekrümmten Linie und der ersten Längsachse so gewählt, dass dieser sich vom schaftseitigen Ende des Kopfes zum gegenüberliegenden Ende des Kopfes vergrößert. Damit nimmt der Grad der Verformung des Rings bei fortgesetztem Einpressen des Bolzens in den Ring zu.
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Der Ring des Einsatzes besteht vorzugsweise aus einem weicheren bzw. leichter plastisch verformbaren Material als der Bolzen. Dies bewirkt, dass sich stets der Ring definiert verformt, wenn auf den Ring und den Bolzen eine Zugkraft ausgeübt wird.
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Um eine ungewünschte Drehung des Bolzens relativ zu dem Ring zumindest zu erschweren, kann alternativ oder zusätzlich zu den oben beschriebenen Maßnahmen die Außenkontur des Kopfes bereichsweise mit einer Profilierung versehen sein. Eine solche Profilierung kann beispielsweise eine Rändelung sein, die insbesondere in einem dem Schaft abgewandten Bereich des Kopfes vorgesehen ist. Alternativ oder zusätzlich hierzu kann die Profilierung auch Längsnuten und/oder Längsrippen aufweisen. Eine solche Profilierung kann auch in der Innenkontur des Rings vorgesehen sein.
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Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindungen ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die Zeichnungen.
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Es zeigen schematisch:
- 1 in Perspektivansicht einen erfindungsgemäßen Einsatz nach einer ersten Ausführungsform,
- 2 in Perspektivansicht den Einsatz nach 1 nach der Montage an einer Wand,
- 3 in Schnittansicht den Einsatz nach 1 nach der Montage,
- 4 in Draufsicht eine Wand mit Durchgangsöffnung,
- 5 in Perspektivansicht einen erfindungsgemäßen Einsatz nach einer zweiten Ausführungsform,
- 6 in Perspektivansicht den Einsatz nach 5 nach der Montage an einer Wand, und
- 7 in Schnittansicht den Einsatz nach 5 nach der Montage.
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Der in den 1 bis 3 dargestellte Einsatz weist einen Bolzen 1 sowie einen Ring 2 auf, die beide elektrisch leitend sind, wobei der Bolzen 1 durch den Ring 2 gesteckt ist. Der Bolzen 1 erstreckt sich entlang einer ersten Längsachse I. Der Ring 2 erstreckt sich entlang einer zweiten Längsachse. In den 1 bis 3 fallen die beiden Längsachsen zusammen.
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Der Bolzen 1 weist einen Kopf 3 und einen Schaft 4 auf. Der Schaft 4 ist in der dargestellten Ausführungsform zylindrisch ausgebildet und weist ein nicht näher dargestelltes Außengewinde 5 auf, auf das eine nicht dargestellte Mutter aufgeschraubt werden kann. Alternativ kann der Schaft 4 mit einem Innengewinde oder einem Kreuzstift als Verbindungsmittel versehen sein.
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Der Ring 2 besteht aus einem weicheren, d.h. leichter plastisch verformbaren, Material als der Bolzen 1, beispielsweise Aluminium. Der Ring 2 wird durch einen mit einer seitlichen Abflachung 6 versehenen Hülsenabschnitt 7 mit einer zentralen Öffnung und einem radial vorstehenden Anlagekragen 8 gebildet. In der dargestellten Ausführungsform ist der Anlagekragen 8 mit einer plastisch verformbaren Lippe ausgestaltet, mit der sich der Ring 2 an einer sich quer zur Längsachse erstreckenden Wand 9 abstützen kann. Die plastisch verformbare Lippe des Anlagekragens 8 ist in radialer Richtung durch eine umlaufende Nut von dem Hülsenabschnitt 7 beabstandet.
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In der dargestellten Ausführungsform ist der Kopf 3 als ein Rotationskörper gestaltet, dessen Außenkontur durch Rotation einer gekrümmten ersten Linie um die erste Längsachse I erzeugt wird. Die Linie ist beispielsweise ein Kreisabschnitt mit einem ersten Radius. Abweichend hiervon kann die erste Linie auch Bereiche mit unterschiedlichen Krümmungsradien aufweisen und/oder einen Ellipsenabschnitt aufweisen. Die erste Linie kann in der Nähe des dem Schaft 4 abgewandten Endes zumindest näherungsweise parallel zu der ersten Längsachse I verlaufen. Die erste Linie ist dabei derart relativ zu der ersten Längsachse I angeordnet und gestaltet, dass sich der Außendurchmesser des Kopfes 3 ausgehend von dem dem Schaft 4 zugewandten Ende zum gegenüberliegenden Ende vergrößert.
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Die Durchgangsöffnung des Rings 2 kann innen ebenfalls als ein Rotationskörper gestaltet sein, dessen Kontur durch Rotation einer gekrümmten zweiten Linie um die zweite Längsachse erzeugt wird. Die zweite Linie ist beispielsweise ein Kreisabschnitt mit einem zweiten Radius. Der erste Radius ist dabei vorzugsweise kleiner als der zweite Radius. Auch die zweite Linie kann Bereiche mit unterschiedlichen Krümmungsradien aufweisen und/oder einen Ellipsenabschnitt aufweisen. Die zweite Linie kann in der Nähe des in 1 unteren Endes zumindest näherungsweise parallel zu der zweiten Längsachse verlaufen. Die zweite Linie ist dabei derart relativ zu der zweiten Längsachse angeordnet und gestaltet, dass sich der Innendurchmesser der Durchgangsöffnung des Rings 2 ausgehend von dem in 1 oberen Ende mit dem Anlagekragen 8 zum gegenüberliegenden Ende vergrößert.
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Grundsätzlich können der Kopf
3 und/oder der Ring
2 im Wesentlichen wie in einem der Ausführungsbeispiele der
DE 10 2016 112 782 A1 beschrieben ausgebildet sein, wobei erfindungsgemäß jedenfalls an dem Ring
2 eine nicht rotationssymmetrische Außenkontur, in dem Beispiel der
1 bis
3 die seitliche Abflachung
6, vorgesehen ist.
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Der durch den Bolzen 1 und den Ring 2 gebildete Einsatz kann zum elektrischen Verbinden des Bolzens mit der Wand 9 dienen. Wie in 4 gezeigt ist, weist die Wand 9 eine Durchgangsöffnung 10 auf, die ebenfalls nicht rotationssymmetrisch ist. So weist die Durchgangsöffnung 10 in 4 eine Abflachung 11 auf, die Größe und Anordnung der Abflachung 6 des Rings 2 entspricht, so dass der Ring 2 verdrehsicher in der Durchgangsöffnung 10 geführt ist.
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Die Durchgangsöffnung 10 ist dabei so groß, dass der Ring 2 mit seinem Hülsenabschnitt 7 durch die Durchgangsöffnungen gesteckt werden kann. Wie in 3 gezeigt, stützt sich der Ring 2 mit seinem Anlagekragen 8 an der in der Figur unteren Seite der Wand 9 ab.
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Zum Zweck der Stromübertragung wird eine mechanische Verbindung zwischen dem Bolzen 1 und der Wand 9 hergestellt. In der Montagesituation der 2 und 3 ist der Bolzen 1 bereits, z.B. mittels einer nicht dargestellten Mutter, in den Ring 2 hineingezogen, so dass der Schaft 4 vollständig durch die Wand 9 hindurchgetreten ist und sich der Kopf 3 des Bolzens im Bereich der Durchgangsöffnung 10 der Wand 9 befindet. Der Kopf 3 ist dabei so weit in die Durchgangsöffnung des Rings 2 eingedrungen, dass der Ring 2 mittels des Kopfes 3 plastisch verformt ist. Hierbei hat der Kopf 3 den Ring 2 derart aufgeweitet, dass dieser mit seiner Außenfläche radial mit der Durchgangsöffnung 10 der Wand 9 verpresst ist. Hierdurch wird ein elektrischer Kontakt mit geringem Übergangswiderstand zwischen dem Bolzen 1 über den Ring 2 mit der Innenseite der Durchgangsöffnung der Wand 9 erreicht. Zudem hat der Kopf 3 den durch die Durchgangsöffnung der Wand 9 hervorstehenden Abschnitt des Rings 2, d.h. den dem Absatz 8 abgewandten Abschnitt, unter Ausbildung eines wulstartigen Überstands radial aufgeweitet. Hierdurch ist der Ring 2 auch in axialer Richtung, d.h. zwischen dem Anlagekragen 8 und dem wulstartigen Überstand, mit der Wand 9 verpresst.
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Eine nicht dargestellte Anschlussklemme kann entweder direkt mit dem Ring 2 verbunden sein oder beispielsweise zwischen der Mutter und dem Ring 2 auf dem Bolzen 1 festgespannt sein. Hierdurch wird die Anschlussklemme mittels des Einsatzes elektrisch mit der Wand 9 verbunden.
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In den 5 bis 7 ist eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Einsatzes dargestellt. Dieser besteht ebenfalls aus einem Bolzen 1 und einem Ring 2, die in eine Durchgangsöffnung 10 einer Wand 9 wie oben beschrieben eingesetzt werden können. Bei der zweiten Ausführungsform sind nicht nur die Außenkontur des Hülsenabschnitts 7 des Rings 2 und die Innenkontur der Durchgangsöffnung 10 der Wand 9 durch die Abflachungen 6 bzw. 11 nicht rotationssymmetrisch gestaltet, sondern auch die Innenkontur des Hülsenabschnitts 7 und die Außenkontur des Kopfes 3. Hierzu ist auch der Kopf 3 mit einer Abflachung 12 auf seiner Außenseite versehen. Bei dieser Ausführungsform kann auf eine in der ersten Ausführungsform optionale Profilierung zwischen Kopf 3 und Ring 2 verzichtet werden, da auch der Kopf 3 drehsicher in dem Ring 2 geführt ist.
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Ein Vergleich der 3 und 7 zeigt zudem, dass hierdurch die Wandstärke des Hülsenabschnitts 7 des Rings 2 im Bereich der Abflachung 6 weitgehend konstant gehalten werden kann.
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Die verdrehsichere Führung des Rings 2 in der Wand 9 ist insbesondere für geringere Blechstärken der Wand 9, bspw. ab etwa 1 mm für Stahlblech bzw. ab etwa 1,5 mm für Aluminiumblech, sinnvoll, bei der Herstellung der elektrischen Kontaktierung ein möglichst großes Drehmoment abfangen zu können.
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Abweichend von der dargestellten Ausführungsform, bei der die Abflachung 6 etwa parallel zur Längsachse I verläuft, kann die Abflachung 6 auch zur Längsachse I geneigt sein. Weiter können mehr als eine Abflachung 6 bzw. 11 vorgesehen sein, um das Drehmoment abzustützen. Auch andere nicht rotationssymmetrische Außenkonturen des Rings 2 bzw. Innenkonturen der Durchgangsöffnung 10 sind erfindungsgemäß möglich, beispielsweise eine vieleckige Außenkontur des Rings 2.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Bolzen
- 2
- Ring
- 3
- Kopf
- 4
- Schaft
- 5
- Außengewinde
- 6
- Abflachung
- 7
- Hülsenabschnitt
- 8
- Anlagekragen
- 9
- Wand
- 10
- Durchgangsöffnung
- 11
- Abflachung
- 12
- Abflachung
- I
- erste Längsachse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102016112782 A1 [0003, 0025]
