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Die Erfindung betrifft einen Plattenverbinder zur elektrischen Verbindung zweier, insbesondere plattenförmiger, Bauteile, die jeweils wenigstens eine Durchgangsöffnung aufweisen.
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Um zwischen plattenförmigen Bauteilen eine elektrisch leitende Verbindung zur Stromübertragung herzustellen, ist es bekannt, die Platten mittels eines elektrisch leitfähigen Bauteils mechanisch so zu verbinden, dass die Platten beide mit dem elektrisch leitfähigen Bauteil in Kontakt stehen. Derartige elektrisch leitende Verbindungen erfordern eine besonders gute mechanische Verbindung, wenn beispielsweise Bauteile unterschiedlicher Dicke und/oder Bauteile aus verschiedenen leitenden Materialien miteinander zu verbinden sind.
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Aus der
DE 10 2016 112 782 A1 ist ein 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. Dieses 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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Die vorliegenden Erfindung stellt sich die Aufgabe, einen Plattenverbinder zur elektrischen Verbindung zweier, insbesondere plattenförmiger, Bauteile zu schaffen, der bei gleichmäßigem Kraftverlauf während der Montage besonders schnell installierbar ist und Beschädigungen der Bauteile durch Drehmomentaufnahme vermeidet.
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Diese Aufgabe wird mit einem Plattenverbinder mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Ein erfindungsgemäßer Plattenverbinder weist hierzu einen beispielsweise 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 wenigstens einem Angriffsmittel für ein Werkzeug, insbesondere ein Blindnietsetzwerkzeug, versehen ist. Der plastisch verformbaren 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. Zwischen dem Kopf und dem wenigstens einen Angriffsmittel ist eine Sollbruchstelle in dem Schaft vorgesehen. Damit ist der Kopf unter plastischer Deformation des Hülsenabschnitts in den Ring einpressbar, wenn eine Zugkraft auf den Bolzen relativ zu dem Ring ausgeübt wird, wodurch die zu verbindenden Bauteile zwischen dem deformierten Hülsenabschnitt und dem Anlagekragen festgeklemmt werden.
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Die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Plattenverbinders ermöglicht nicht nur eine gegenüber einer Verschraubung des Bolzens schnellere Installation, sondern spart durch den im Wesentlichen vollständig nach der Installation abgerissenen Schaft auch Gewicht und Bauraum gegenüber einer Lösung, bei der ein mit Gewinde versehener Bolzenabschnitt zusammen mit einer Mutter an der Verbindungsstelle verbleibt. Damit eignet sich dieser Plattenverbinder besonders für den Großserieneinsatz und/oder in der Luft- und Raumfahrt.
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Nach einer Ausführungsform ist das wenigstens eine Angriffsmittel wenigstens eine sich quer zur Längsachse erstreckende Rille, insbesondere zum Angriff eines Blindnietsetzwerkzeugs, auf der Außenseite des Schafts. Insbesondere sind mehrere zueinander parallele Rillen entlang der Längsachse hintereinander auf der Außenseite des Schafts vorgesehen. Diese konzentrischen Rillen ermöglichen es, dass ein Setzwerkzeug diese hintergreift und auf den Bolzen eine Zugkraft ausübt, um zunächst den Ring zu verformen und anschließend einen Teil des Schafts an der Sollbruchstelle definiert abzutrennen. Der Setzprozess gleicht damit dem Prinzip der Blindniettechnik.
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Die Sollbruchstelle kann eine, insbesondere im Übergang zwischen Kopf und Schaft angeordnete, Einkerbung sein. Es wird bevorzugt, wenn die Sollbruchstelle nach dem Setzen des Bolzens, d.h. wenn dieser den Ring zur elektrisch leitenden Verbindung der Bauteile deformiert hat, im Inneren des Rings verdeckt angeordnet ist. Mit anderen Worten sind der Bolzen und der Hülsenabschnitt vorzugsweise derart auf einander und auf die Dicke der zu verbindenden Bauteile abgestimmt, dass in diesem festgeklemmten Zustand die Sollbruchstelle im Bereich des Anlagekragens liegt und durch die Zugkraft durchtrennt werden kann.
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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 Durchgangsöffnungen der plattenförmigen Bauteile bringen kann.
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Zudem ist es möglich, den Ring auf einer Seite eines der Bauteile derart auszuweiten, dass der Ring eine Wulst bzw. einen Überstand ausbildet und dadurch mit dem Bauteil 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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Bei dem erfindungsgemäßen Plattenverbinder kann der Hülsenabschnitt entlang der zweiten Längsachse eine größere Länge als die Dicke der zu verbindenden Bauteile aufweisen. Damit durchdringt der Hülsenabschnitt die beiden plattenförmigen Bauteile vollständig und steht an einem Ende, nämlich dem dem Anlagekragen abgewandten Ende, über eines der Bauteile heraus, wodurch dort ein von dem Hülsenabschnitt ein Wulst ausgebildet werden kann. Der Anlagekragen weist dabei bevorzugt einen relativ zu dem übrigen Ring größeren Außendurchmesser auf.
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Der Ring des Plattenverbinders 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 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 Plattenverbinder,
- 2 in Schnittansicht den Plattenverbinder nach 1 vor der Montage,
- 3 in Schnittansicht den Plattenverbinder nach 1 während der Montage, und
- 4 in Schnittansicht den Plattenverbinder nach 1 nach der Montage.
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Der in den 1 bis 4 dargestellte Plattenverbinder weist einen Bolzen 1 sowie einen Ring 2 auf, 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 4 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 eine Profilierung in Form mehrerer Rillen 5 auf. Der Übergang zwischen dem Kopf 3 und dem Schaft 4 ist mit einer Einkerbung versehen, die eine Sollbruchstelle 6 des Schafts 4 bildet. Abweichend von der dargestellten Ausführungsform kann die Sollbruchstelle 6 auch an einer anderen Position des Schafts 4 zwischen dem Kopf 3 und den Rillen 5 angeordnet sein.
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Der Ring 2 besteht aus einem weicheren, d.h. leichter plastisch verformbaren, Material als der Bolzen 1. Jedenfalls der Ring 2 besteht aus einem elektrisch leitenden Material, beispielsweise Aluminium. Der Ring 2 wird durch einen 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 einem sich quer zur Längsachse erstreckenden Bauteil 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 wie in einem der Ausführungsbeispiele der
DE 10 2016 112 782 A1 beschrieben ausgebildet sein.
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Der durch den Bolzen 1 und den Ring 2 gebildete Plattenverbinder kann zum elektrischen Verbinden zweier plattenförmiger Bauteile A, B dienen, die in den 2 bis 4 gezeigt sind. Die beiden Bauteile A, B weisen hierzu jeweils eine Durchgangsöffnung auf, die so groß ist, 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 dem in der Figur rechten Bauteil B ab. Es ist für eine elektrische Verbindung besonders vorteilhaft, wenn die Durchgangsöffnungen der Bauteile A, B eine konzentrische Lochpositionierung mit demselben Lochdurchmesser aufweisen. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass die zu verbindenden Bauteile, z.B. Bleche, aneinander fixiert und dann gemeinsam gestanzt oder gebohrt werden, um eine ideale Fluchtung und denselben Lochdurchmesser zu erreichen.
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Zum Zweck der Stromübertragung wird eine mechanische Verbindung zwischen den beiden plattenförmigen Bauteilen A, B hergestellt. Da eine elektrische Plattenverbindung in vielen Anwendungsfällen keine mechanischen Kräfte aufnehmen muss, kann auf eine Gewindeverbindung der Bauteile A, B verzichtet werden. Vielmehr kann zur Herstellung der mechanischen Verbindung, die die Stromübertragung erlaubt, das Prinzip der Blindniettechnik verwendet werden.
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Hierfür weist der Bolzen 1 die konzentrischen Rillen 5 auf, die auf ein entsprechendes Installationswerkzeug abgestimmt sind. Die Greifkontur des Setzwerkzeuges hintergreift die Rillen 5, um so eine Zugkraft auf den Bolzen 1 auszuüben. Gleichzeitig stützt es sich an dem Ring 2 ab. Die entsprechende Zugkraft muss so groß sein, dass über die Aufweitung des Ringabschnittes (Hülsenabschnitt 2) beide Platten A, B gleichermaßen kontaktiert werden. Zusätzlich zu der Verspannung der Bauteile A, B in Richtung der Längsachse I, die einen elektrischen Kontakt zwischen den Bauteilen A, B herstellt, kann der Hülsenabschnitt 7 auch radial in den Durchgangsöffnungen der Bauteile A, B derart aufgeweitet werden, dass dort ebenfalls ein elektrisch leitender Kontakt erzeugt wird.
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Mit anderen Worten wird nach dem Einstecken des Plattenverbinders in die Durchgangsöffnungen der Bauteile A, B, z.B. mittels eines Blindnietsetzwerkzeugs, das an den Rillen 5 angreift, eine Zugkraft auf den Bolzen 1 relativ zu dem Ring 2 ausgeübt werden. Hierdurch wird der Kopf 3 des Bolzens 1 weiter in den Hülsenabschnitt 7 des Rings 2 gezogen, der hierdurch aufgeweitet wird. Das Prinzip einer balligen Kurve des Kopfes 3 und/oder der Innenkontur des Hülsenabschnitts 7 ist dabei besonders vorteilhaft, da hierdurch über einen größeren Gripbereich eine Deformation des Rings 2 erreicht wird. Diese plastische Verformung des Hülsenabschnitts 7 weitet den Hülsenabschnitt 7 auf der über das Bauteil A vorstehenden Seite (links in den 2 bis 4) auf, so dass sich der Hülsenabschnitt 7 bereichsweise an das Bauteil A anlegt. Gleichzeitig wird auch der Anlagekragen 8 an das Bauteil B gepresst und kann sich hierbei verformen. Mit anderen Worten werden die Bauteile A, B zwischen dem Anlagekragen 8 des Rings 2 und dem sich aufgeweiteten Bereich des Hülsenabschnitts 7 festgeklemmt.
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Nach Erreichen der erforderlichen Installationskraft, die für die Expansion des Hülsenabschnitts 7 erforderlich ist, wird der Schaft 4 am Schluss des Setzprozesses abgerissen. Nach Erreichen dieser Kraft steigt die Installationskraft weiter an, bis der Bolzen 1 an der Sollbruchstelle 6 abreißt (4).
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Je nach Blechdicken der beiden Bauteile A, B kann der Bolzen 1 mehr oder weniger stark in den Ring 2 eingezogen werden. Vorzugsweise ist die Sollbruchstelle 6 so positioniert, dass die Abrisskontur an der Sollbruchstelle 6 immer innerhalb des Rings 2 verdeckt liegt, d.h. unterhalb der in 4 rechten Oberfläche des Rings 2. Der Anlagekragen 8 des Rings 2 weist hierzu eine ausreichende Dicke in Richtung der Längsachse auf.
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Die Dicke des Anlagekragens 8 des Rings 2 in Richtung der Längsachse kann zudem Einfluss auf die Dicke der sicher mit dem Plattenverbinder elektrisch zu verbindenden Bauteile A, B haben. So kann der sogenannte Gripbereich, d.h. der Bereich, in dem eine plastische Verformung des Rings 2 auftritt, vergrößert werden, indem ein ausreichend dicker plastisch verformbarer Anlagekragen 8 vorgesehen wird. Mit dem erfindungsgemäßen Plattenverbinder können somit nicht nur unterschiedliche, jeweils leitende Materialien verbunden werden, sondern auch jeweils unterschiedliche Materialdicken der Bauteile A, B.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Bolzen
- 2
- Ring
- 3
- Kopf
- 4
- Schaft
- 5
- Rille
- 6
- Sollbruchstelle
- 7
- Hülsenabschnitt
- 8
- Anlagekragen
- I
- erste Längsachse
- A
- erstes Bauteil
- B
- zweites Bauteil
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102016112782 A1 [0003, 0025]
