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Die Erfindung betrifft ein Batteriesystem für ein Elektrofahrrad sowie einen Dichtung-Nachrüstsatz für ein solches Batteriesystem.
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Für das Fahrverhalten von Fahrrädern ist es von Vorteil, wenn der Schwerpunkt tief angeordnet ist. Batterien von Elektrofahrrädern werden deswegen häufig im unteren Rahmenbereich des Fahrrads angeordnet. Allerdings sind Batterien dort auch in besonderem Maße Spritzwasser ausgesetzt. Wenn die elektrischen Kontakte der Batterie durch das Spritzwasser beeinträchtigt werden, kann dies zu einem Ausfall des gesamten elektrischen Antriebs des Fahrrads führen.
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Die Batterien sind meist lösbar an eine Batterieaufnahme des Elektrofahrrads angeschlossen. Häufig ist zwischen der Batterie und der Batterieaufnahme ein Schwenkverschluss ausgebildet, so dass die Batterie mit einem Ende an der Batterieaufnahme angesetzt wird und durch eine Schwenkbewegung mit der Batterieaufnahme verriegelt wird. Mit der Schwenkbewegung können auch die elektrischen Kontakte zwischen der Batterie und der Batterieaufnahme in Eingriff gebracht werden. Es hat sich als nicht ganz einfach herausgestellt, elektrische Kontakte, die durch eine solche Schwenkbewegung in Eingriff gebracht werden, zuverlässig abzudichten.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Zuverlässigkeit des elektrischen Antriebs eines Elektrofahrrads zu erhöhen. Ausgehend vom genannten Stand der Technik wird die Aufgabe gelöst mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Das erfindungsgemäße Batteriesystem umfasst eine Batterie, eine Batterieaufnahme und eine Mehrzahl von elektrischen Kontakten zwischen der Batterie und der Batterieaufnahme. Zwischen der Batterie und der Batterieaufnahme ist ein Schwenkverschluss ausgebildet. In einem ersten Zustand des Schwenkverschlusses liegt die Batterie an der Batterieaufnahme an, ohne dass die elektrischen Kontakte in Eingriff sind. In einem zweiten Zustand des Schwenkverschlusses sind die elektrischen Kontakte in Eingriff und die Batterie ist mechanisch mit der Batterieaufnahme verriegelt. Zwischen der Batterie und der Batterieaufnahme ist eine Dichteinrichtung angeordnet, die ein Anlagestück und ein Gehäusestück umfasst. Zwischen dem Anlagestück und dem Gehäusestück ist eine die elektrischen Kontakte umlaufende Dichtfläche ausgebildet. Die Dichtfläche steht in einem dichtenden Eingriff, wenn der Schwenkverschluss im zweiten Zustand ist. Der dichtende Eingriff wird gelöst, wenn die Batterien in den ersten Zustand geschwenkt wird.
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Beim Verschließen der Batterie können die elektrischen Kontakte durch eine Bewegung entlang einer bogenförmigen Bahn in Eingriff gebracht werden. Dies ist ein Unterschied zu üblichen elektrischen Kontakten, die mit einer linearen Bewegung in Eingriff gebracht bzw. gelöst werden. Die bogenförmige Bahn kann einem Abschnitt einer Kreisbahn entsprechen, wobei der Mittelpunkt der Kreisbahn durch die Schwenkachse des Schwenkverschlusses definiert ist. Mit der Schwenkbewegung werden auch das Gehäusestück und das Anlagestück der Dichteinrichtung entlang einer bogenförmigen Bahn aneinander angenähert. Indem die Dichtfläche, die mit der Schwenkbewegung in Eingriff gebracht wird, zwischen dem Gehäusestück und dem Anlagestück angeordnet ist, wird es möglich, eine geeignete Position für die Dichtfläche zu definieren, so dass sich trotz der Annäherung entlang einer gekrümmten Bahn eine zuverlässige Dichtwirkung ergibt.
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Die Dichteinrichtung kann im zweiten Zustand des Schwenkverschlusses ein Gehäuse bilden, das die elektrischen Kontakte in Umfangsrichtung rundherum umschließt. Die Dichteinrichtung kann eine erste Stirnfläche umfassen, die mit der Batterie abschließt. Die Dichteinrichtung kann eine zweite Stirnfläche umfassen, die mit der Batterieaufnahme abschließt. Das von der Dichteinrichtung gebildete Gehäuse kann zwischen den Stirnflächen angeordnet sein.
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Mit der Dichtfläche kann der Übergang zwischen einem von dem Gehäusestück gebildeten Teil des Gehäuses und einem von dem Anlagestück gebildeten Teil des Gehäuses abgedichtet werden. Die Dichtfläche kann sich als umlaufende Dichtfläche entlang eines geschlossenen und ununterbrochenen Wegs um die elektrischen Kontakte herum erstrecken.
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Zwischen einer ersten Stirnfläche des Gehäuses und der Batterie kann ein abgedichteter Übergang ausgebildet sein. Die Verbindung zwischen der Batterie und einem mit der Batterie verbundenen Abschnitt des Gehäuses kann fest sein, so dass die Verbindung zwischen diesen beiden Komponenten unverändert bleibt, wenn die Batterie über den Schwenkverschluss von der Batterieaufnahme gelöst wird. Für Zwecke der Wartung oder der Reparatur kann die Verbindung zwischen dem Abschnitt des Gehäuses und der Batterie lösbar sein. Die Verbindung kann beispielsweise eine Schraubverbindung sein.
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Zwischen einer zweiten Stirnfläche des Gehäuses und der Batterieaufnahme kann ein abgedichteter Übergang ausgebildet sein. Die Verbindung zwischen der Batterieaufnahme und einem mit der Batterieaufnahme verbundenen Abschnitt des Gehäuses kann fest sein, so dass die Verbindung zwischen diesen beiden Komponenten unverändert bleibt, wenn die Batterie über den Schwenkverschluss von der Batterieaufnahme gelöst wird. Für Zwecke der Wartung oder der Reparatur kann die Verbindung zwischen dem Abschnitt des Gehäuses und der Batterieaufnahme lösbar sein. Die Verbindung kann beispielsweise eine Schraubverbindung sein.
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Es ergeben sich auf diese Weise drei Dichtungen, die bezogen auf die bogenförmige Bahn, entlang derer die elektrischen Kontakte aneinander angenähert werden, hintereinander angeordnet sind. Die erste Dichtung ist der abgedichtete Übergang zwischen der Batterie und dem Gehäuse der Dichteinrichtung. Die zweite Dichtung ist die Dichtfläche zwischen dem Gehäusestück und dem Anlagestück der Dichteinrichtung. Die dritte Dichtung ist der abgedichtete Übergang zwischen dem Gehäuse der Dichteinrichtung und der Batterieaufnahme.
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Die einzige Dichtung, beim Lösen der Batterie von der Batterieaufnahme getrennt wird, ist vorzugsweise die zwischen dem Gehäusestück und dem Anlagestück angeordnete Dichtung. Diese Dichtung kann durch geeignete Gestaltung des Gehäusestücks und des Anlagestücks so gestaltet und/oder positioniert werden, dass sich mit der Schwenkbewegung beim Anbringen der Batterie an der Batterieaufnahme ein zuverlässiger dichtender Eingriff ergibt.
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Die Dichtfläche zwischen dem Gehäusestück und dem Anlagestück kann sich in einer Ebene erstrecken. Die Ebene kann so angeordnet sein, dass der Abstand zwischen der Ebene und der Schwenkachse des Schwenkverschlusses kleiner ist als 3 cm, vorzugweise kleiner ist als 1 cm, weiter vorzugsweise kleiner ist als 0,5 cm. In einer bevorzugten Ausführungsform liegt die Schwenkachse in derselben Ebene wie die Dichtfläche.
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Das Gehäusestück und das Anlagestück bilden gemeinsam das Gehäuse der Dichteinrichtung. Mit den Begriffen Gehäusestück und Anlagestück ist keine Einschränkung auf eine bestimmte strukturelle Form verbunden. Wenn das Gehäuse sich über eine bestimmte Strecke entlang dem Weg der Schwenkbewegung erstreckt, wird als Gehäusestück dasjenige Teil der Dichteinrichtung bezeichnet, das den größeren Teil der Strecke abdeckt. In einer Ausführungsform ist das Gehäusestück mit der Batterie verbunden. Das Anlagestück kann mit der Batterieaufnahme verbunden sein.
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Das Gehäusestück der Dichteinrichtung kann einen Abschnitt aus einem steiferen Material und einen Abschnitt aus einen flexibleren Material umfassen. Der Bereich des Gehäusestücks, der an dem Anlagestück anliegt und die Dichtfläche mit dem Anlagestück bildet, kann aus dem flexibleren Material gebildet sein. In einer Ausführungsform bildet dieser Abschnitt eine Dichtlippe, die gegenüber dem steiferen Material vorspringt.
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Das Gehäusestück kann so gestaltet sein, dass es einen zentralen Abschnitt aus einem steiferen Material umfasst, der eingeschlossen ist zwischen zwei peripheren Abschnitten aus einem flexibleren Material. Einer der peripheren Abschnitte kann die Dichtfläche mit dem Anlagestück bilden. Mit dem anderen der peripheren Abschnitte kann der abgedichtete Übergang zu der Batterie bzw. der Batterieaufnahme gebildet werden, je nachdem mit welchem dieser beiden Teile das Gehäusestück fest verbunden ist.
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Das Gehäusestück kann als Spritzgussteil hergestellt sein. Insbesondere kann das Gehäusestück durch Mehrkomponenten-Spritzguss hergestellt sein. Beim Mehrkomponenten-Spritzguss werden verschiedene Materialien in die Spritzgussform eingebracht und Härten gemeinsam aus. Vorzugsweise ist eines der Materialien im ausgehärteten Zustand steifer und ein anderes der Materialien im ausgehärteten Zustand flexibler.
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Das Gehäusestück kann mit der Batterie oder der Batterieaufnahme verschraubt sein. Dabei kann es eine oder mehrere Schrauben geben, die sowohl das Gehäusestück als auch ein Steckerteil, in dem die elektrischen Kontakte ausgebildet sind, mit der Batterie bzw. der Batterieaufnahme verbindet. Das Gehäusestück kann ein oder mehrere Bohrungen aufweisen, die mit Bohrungen des Steckerteils fluchten. Eine Schraube kann durch eine Bohrung des Gehäusestücks und durch eine Bohrung des Steckerteils hindurchgeführt sein, um die Verbindung herzustellen. Das Gehäusestück kann außerhalb des Steckerteils angeordnet sein und einen Abschnitt des um das Steckerteil herum angeordneten Gehäuses bilden.
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Das Anlagestück besteht vorzugsweise aus einem Material, das steifer ist als das flexible Material des Gehäusestücks. Die Dichtfläche in dem Anlagestück kann in einer Vertiefung angeordnet sein. Die Vertiefung kann sich in Form einer umlaufenden Rinne um die elektrischen Kontakte herum erstrecken. Die Dichtlippe des Gehäusestücks kann in die Rinne eingreifen, wenn das Gehäusestück mit dem Anlagestück in Eingriff ist.
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Das Anlagestück kann eine Anlagefläche aufweisen, die in einem dichtenden Eingriff mit einer Gegenfläche der Batterie bzw. der Batterieaufnahme steht, wenn das Anlagestück an der Batterie bzw. der Batterieaufnahme montiert ist. In der Anlagefläche kann eine Ausnehmung ausgebildet sein, die einen Körper eines Steckerteils aufnimmt. Im Bereich der Ausnehmung können Bohrungen ausgebildet sein, die mit Bohrungen des Steckerteils fluchten.
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Das Anlagestück kann mit der Batterie oder der Batterieaufnahme verschraubt sein. Dabei kann es ein oder mehrere Schrauben geben, die sowohl das Anlagestück als auch ein Steckerteil, in dem die elektrischen Kontakte ausgebildet sind, mit der Batterie bzw. der Batterieaufnahme verbindet. Das Anlagestück kann eine oder mehrere Bohrungen aufweisen, die mit Bohrungen des Steckerteils fluchten. Eine Schraube kann durch eine Bohrung des Anlagestücks und durch eine Bohrung des Steckerteils hindurchgeführt sein, um die Verbindung herzustellen. Das Anlagestück kann außerhalb des Steckerteils angeordnet sein und einen Abschnitt eines um das Steckerteil herum angeordneten Gehäuses bilden.
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Der Schwenkverschluss kann eine Lagerschale umfassen, an der ein Zapfen anliegt. Die Lagerschale kann an der Batterieaufnahme angeordnet sein. Der Zapfen kann ein Bestandteil der Batterie sein. Die Lagerschale kann so gestaltet sein, dass sie dem Zapfen einen festen Halt bietet, wenn die Batterie mit der Batterieaufnahme verriegelt ist. Der Zapfen kann von der Lagerschale lösbar sein, wenn die Batterie eine andere Winkelposition relativ zu der Batterieaufnahme hat.
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Die Erfindung betrifft außerdem ein mit einem solchen Batteriesystemen ausgestattetes Elektrofahrrad. Die Batterieaufnahme kann an einem Rohr des Fahrradrahmens angeordnet sein. Das Rohr kann ein in einem unteren Abschnitt des Elektrofahrrads angeordnetes Rohr sein.
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Die Erfindung betrifft ferner einen Dichtung-Nachrüstsatz für ein solches Batteriesystem. Der Nachrüstsatz umfasst ein Gehäusestück und ein Anlagestück, die dazu ausgelegt sind, gemeinsam ein zwischen einer Batterie und einer Batterieaufnahme angeordnetes Dichtgehäuse zu bilden. Das Gehäusestück umfasst eine erste Dichtfläche für einen dichtenden Eingriff mit dem Anlagestück und eine zweite Dichtfläche für einen abgedichteten Übergang zu der Batterie oder der Batterieaufnahme. Das Anlagestück umfasst eine dritte Dichtfläche für einen dichtenden Eingriff mit dem Gehäusestück und eine vierte Dichtfläche für einen abgedichteten Übergang zu der Batterieaufnahme oder der Batterie.
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Das Gehäusestück und das Anlagestück können dazu ausgelegt sein, mit einer Anlagefläche der Batterie und einer Anlagefläche der Batterieaufnahme ein rundherum abgeschlossenes Dichtgehäuse zu bilden. Der Nachrüstsatz kann einen Abdeckstecker zum Abdecken von Anschlusskontakten der Batterie umfassen. Der Abdeckstecker kann auf die Anschlusskontakte aufgesteckt werden, während das Gehäusestück oder das Anlagestück an der Batterie montiert werden. Damit kann verhindert werden, dass während der Montage versehentlich ein Kurzschluss der Batterie verursacht wird.
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Der Nachrüstsatz kann mit weiteren Merkmalen fortgebildet werden, die im Zusammenhang des erfindungsgemäßen Batteriesystems beschrieben sind. Das Batteriesystem kann mit weiteren Merkmalen fortgebildet werden, die im Zusammenhang des erfindungsgemäßen Nachrüstsatzes beschrieben sind.
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Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen anhand vorteilhafter Ausführungsformen beispielhaft beschrieben. Es zeigen:
- 1: ein erfindungsgemäßes Elektrofahrrad;
- 2: das Elektrofahrrads aus 1 in einem anderen Zustand;
- 3: ein vergrößertes Detail eines Elektrofahrrads vor der Nachrüstung mit einem erfindungsgemäßen Nachrüstsatz;
- 4: die Ansicht aus 3 nach Installation eines erfindungsgemäßen Nachrüstsatzes;
- 5-8: verschiedene Ansichten eines erfindungsgemäßen Gehäusestücks;
- 9-11: verschiedene Ansichten eines erfindungsgemäßen Anlagestücks;
- 12: eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Abdecksteckers.
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Ein erfindungsgemäßes Elektrofahrrad 14 in 1 hat einen Elektromotor 15, mit dem die vom Benutzer über die Pedalen aufgebrachte Antriebskraft unterstützt wird. Der Elektromotor wird aus einer Batterie 16 gespeist, die von unten an einem unteren Rohr des Fahrradrahmens 18 angebracht ist. In dem in 1 gezeigten Zustand ist die Batterie 16 mechanisch mit dem Fahrradrahmen 18 verriegelt. Außerdem besteht ein elektrischer Kontakt zwischen der Batterie 16 und einer Batterieaufnahme 17 des Elektrofahrrads 14, indem Anschlusskontakte der Batterie 16 mit Anschlusskontakten der Batterieaufnahme 17 in Eingriff stehen.
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Die Batterie 16 ist über einen Schwenkverschluss 19 mit der Batterieaufnahme 17 verbunden. In dem in 1 gezeigten zweiten Zustand des Schwenkverschluss 19 ist die Batterie 16 fest mit dem Rohr des Fahrradrahmens 18 verriegelt. Nach dem Lösen einer mechanischen Verriegelung am gegenüberliegenden Ende der Batterie 16 kann die Batterie 16 um eine Schwenkachse 20 nach unten geschwenkt werden. Die Batterie 16 wird damit in den in 2 gezeigten Zustand relativ zu dem Rahmen 18 des Elektrofahrrads gebracht. In diesem Zustand, der als erster Zustand des Schwenkverschluss 19 bezeichnet wird, kann die Batterie 16 von der Batterieaufnahme 17 gelöst werden.
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Die Batterieaufnahme 17 umfasst ein Steckerteil 21, die Batterie 16 umfasst ein Steckerteil 22. Durch Schwenken der Batterie 16 um die Schwenkachse 20 relativ zu der Batterieaufnahme 17 werden die Steckerteile 21, 22 entlang einem bogenförmigen Weg 23 aneinander angenähert. Mit dem Einrasten der Batterie 16 am Fahrradrahmen 18 werden die Anschlusskontakte des Steckerteils 21 mit den Anschlusskontakten des Steckerteils 22 in elektrischen Kontakt gebracht. Umgekehrt wird der elektrische Kontakt zwischen den Steckerteilen 21, 22 durch Schwenken der Batterie 16 in entgegengesetzte Richtung aufgehoben.
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Die elektrischen Kontakte zwischen der Batterie 16 und der Batterieaufnahme 17 liegen in einem Bereich des Fahrradrahmens 18, der im Betrieb des Fahrrads Spritzwasser ausgesetzt ist. Es besteht das Risiko, dass Wasser in die Steckerteile 21, 22 eindringt und die elektrische Verbindung zwischen der Batterie 16 und der Batterieaufnahme 17 beeinträchtigt wird.
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Durch Ausrüsten oder Nachrüsten des Batteriesystems mit einer erfindungsgemäßen Dichteinrichtung wird die elektrische Verbindung zwischen der Batterie 16 und dem Batterieaufnahme 17 vor dem Eindringen von Wasser geschützt.
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Die erfindungsgemäße Dichteinrichtung umfasst gemäß der schematischen Darstellung in 4 ein Gehäusestück 24 und ein Anlagestück 25. Wenn die Batterie 16 mit dem Fahrradrahmen 18 verriegelt ist, liegt eine Dichtlippe 33 des Gehäusestücks 24 an einer Gegenfläche des Anlagestücks 25 an und bildet eine dichte Verbindung zwischen dem Gehäusestück 24 und dem Anlagestück 25. Das Gehäusestück 24 seinerseits ist dicht mit einer Anlagefläche 26 der Batterie 16 verbunden. Das Anlagestück 25 ist dicht mit einer Anlagefläche 35 der Batterieaufnahme 17 verbunden. Das Gehäusestück 24 und das Anlagestück 25 bilden gemeinsam ein Gehäuse, das sich rund um die elektrischen Kontakte der Steckerteile 21, 22 herum erstreckt. Indem weiterhin zwischen dem Gehäusestück 24 und der Batterie 16 sowie zwischen dem Anlagestück 25 und der Batterieaufnahme 17 abgedichtete Übergänge ausgebildet sind, sind die elektrischen Kontakte rundherum vor dem Eindringen von Wasser geschützt.
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Das Gehäusestück 24 bildet gemäß 5 einen geschlossenen Rahmen innerhalb dessen ein Durchlass 28 ausgebildet ist. Das Gehäusestück 24 ist als Mehrkomponenten-Spritzgussteil hergestellt mit einem zentralen Abschnitt 29 aus einem steiferen Material und zwei peripheren Abschnitten 30, 31 aus einem flexibleren Material. Von dem zentralen Abschnitt 29 ragen zwei Vorsprünge 32 nach außen, die mit Bohrungen versehen sind. Die Bohrungen in den Vorsprüngen 32 fluchten mit Bohrungen des Steckerteils 22, so dass das Gehäusestück 24 über zwei Schrauben gemeinsam mit dem Steckerteil 22 an der Batterie 16 befestigt werden kann.
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Das flexible Material des ersten peripheren Abschnitts 31 liegt dann auf der Anlagefläche 26 der Batterie 16 auf und bildet einen abgedichteten Übergang zwischen dem Gehäusestück 24 und der Batterie 16. Die an dem zweiten peripheren Abschnitt 30 ausgebildete Dichtlippe 33 zeigt in die Richtung, in der das Steckerteil 22 mit dem Steckerteil 21 in Eingriff gebracht wird.
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Das in 9-11 dargestellte Anlagestück 25 umschließt einen Durchlass 36, der zur Aufnahme des Steckerteils 21 der Batterieaufnahme 17 bestimmt ist. Das Anlagestück 25 hat eine Auflagefläche 37, die im montierten Zustand auf der Auflagefläche 35 der Batterieaufnahme 17 aufliegt. In der Auflagefläche 37 ist eine Ausnehmung 38 ausgebildet, die einen Körper des Steckerteils 21 aufnimmt. Im Bereich der Ausnehmung 38 sind zwei Bohrungen angeordnet, über die das Anlagestück 25 gemeinsam mit dem Steckerteil 21 mit der Batterieaufnahme 17 verschraubt wird. Das Anlagestück 95 bildeten einen abgedichteten Übergang zwischen dem Steckerteil 21 und der Auflage 35 der Batterieaufnahme 17. Auf der gegenüberliegenden Seite des Anlagestücks 25 ist eine Kontaktfläche 39 ausgebildet, an der die Dichtlippe 33 des Gehäusestücks 24 anliegt, wenn die Steckerteile 21, 22 miteinander in Eingriff sind.
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Die erfindungsgemäße Dichteinrichtung aus dem Gehäusestück 24 und dem Anlagestück 25 kann als Erstausrüstung oder als Nachrüstsatz verwendet werden. Insbesondere im Falle eines Nachrüstsatzes kann es von Vorteil sein, wenn zusätzlich ein Abdeckstecker 40 vorgesehen ist, der bei der Montage des Gehäusestücks 24 an der Batterie 16 auf die Anschlusskontakte der Batterie 16 aufgesteckt werden kann. Damit kann verhindert werden, dass bei der Montage des Gehäusestücks für 20 an der Batterie 16 versehentlich ein Kurzschluss der Batterie verursacht wird.
