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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Offenbarung betrifft allgemein eine einer Traktionsbatterie zugeordnete elektrische Verbindung und insbesondere eine elektrische Verbindung, die in einer Array-Platte der Traktionsbatterie untergebracht ist.
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HINTERGRUND
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Allgemein unterscheiden sich elektrifizierte Fahrzeuge von herkömmlichen Kraftfahrzeugen, da elektrifizierte Fahrzeuge selektiv unter Verwendung einer oder mehrerer batteriebetriebener elektrischer Maschinen angetrieben werden. Herkömmliche Kraftfahrzeuge werden im Gegensatz zu elektrifizierten Fahrzeugen ausschließlich unter Verwendung einer Brennkraftmaschine angetrieben. Die elektrischen Maschinen können die elektrifizierten Fahrzeuge statt einer Brennkraftmaschine oder zusätzlich dazu antreiben. Zu beispielhaften elektrifizierten Fahrzeugen zählen Hybridelektrofahrzeuge (HEVs), Plug-In-Hybridelektrofahrzeuge (PHEVs), Brennstoffzellenfahrzeuge (FCVs) und Batterieelektrofahrzeuge (BEVs).
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Die Batterien von elektrifizierten Fahrzeugen können viele elektrische Verbindungen enthalten. Es kann erforderlich sein, dass elektrische Verbindungen unter anderem Leistung zu und von den Batterien übertragen.
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KURZDARSTELLUNG
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Eine Anordnung gemäß einem beispielhaften Aspekt der vorliegenden Offenbarung umfasst unter anderem eine Array-Platte einer Traktionsbatterie und einen durch die Array-Platte gehaltenen Einsatz. Der Einsatz steht mit einer Sammelschiene der Traktionsbatterie in elektrischer Verbindung.
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Bei einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform der vorhergehenden Anordnung enthält die Anordnung ein Befestigungselement, das den Einsatz in Eingriff nimmt, um einen Teil der Sammelschiene bezüglich der Array-Platte zu fixieren.
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Bei einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform irgendeiner der vorhergehenden Anordnungen nimmt das Befestigungselement ferner den Einsatz in Eingriff, um einen elektrischen Kabelverbinder an der Traktionsbatterie zu fixieren.
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Bei einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform irgendeiner der vorhergehenden Anordnungen nimmt das Befestigungselement den Einsatz in Gewindeeingriff.
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Bei einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform irgendeiner der vorhergehenden Anordnungen sind ein Teil der Sammelschiene und ein elektrischer Kabelverbinder durch Verschweißen am Einsatz befestigt.
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Bei einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform irgendeiner der vorhergehenden Anordnungen umfasst die Array-Platte ein nicht leitendes Material und umfasst der Einsatz ein metallisches Material.
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Bei einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform irgendeiner der vorhergehenden Anordnungen ragt ein Teil des Einsatzes von einer nach außen weisenden Fläche der Array-Platte vor.
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Bei einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform irgendeiner der vorhergehenden Anordnungen handelt es sich bei der nach außen weisenden Fläche um eine nach oben weisende Fläche.
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Bei einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform irgendeiner der vorhergehenden Anordnungen ist der Einsatz in der Array-Platte eingeformt.
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Bei einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform irgendeiner der vorhergehenden Anordnungen handelt es sich bei der Array-Platte um eine Endplatte.
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Eine Anordnung gemäß einem beispielhaften Aspekt der vorliegenden Offenbarung umfasst unter anderem eine Array-Platte einer Traktionsbatterie und einen in der Array-Platte versenkten Befestigungseinsatz. Der Befestigungseinsatz ist ein besserer elektrischer Leiter als die Array-Platte.
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Bei einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform der vorhergehenden Anordnung steht der Befestigungseinsatz mit einer Sammelschiene der Traktionsbatterie in elektrischer Verbindung.
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Bei einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform irgendeiner der vorhergehenden Anordnungen isoliert die Array-Platte den elektrischen Einsatz.
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Bei einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform irgendeiner der vorhergehenden Anordnungen besteht die Array-Platte aus einem nicht leitenden Material.
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Bei einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform irgendeiner der vorhergehenden Anordnungen enthält die Anordnung ein Befestigungselement, das den Befestigungseinsatz in Eingriff nimmt, um ein elektrisches Kabel an einer Sammelschiene der Traktionsbatterie zu fixieren.
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Ein Verfahren gemäß einem beispielhaften Aspekt der vorliegenden Offenbarung umfasst unter anderem elektrisches Koppeln an ein Traktionsbatterie-Array durch einen Einsatz, der in einer Array-Platte gehalten wird.
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Bei einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform des vorhergehenden Verfahrens umfasst das Verfahren Ineingriffbringen eines Befestigungselements mit dem Einsatz zum Fixieren eines elektrischen Kabels bezüglich des Traktionsbatterie-Arrays.
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Bei einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform irgendeines der vorhergehenden Verfahren ist die Array-Platte leitend und ist der Einsatz nominell nicht leitend.
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Bei einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform irgendeines der vorhergehenden Verfahren ragt der Einsatz von einer nach außen weisenden Fläche der Array-Platte vor.
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Bei einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform irgendeines der vorhergehenden Verfahren steht der Einsatz mit einer Sammelschiene des Traktionsbatterie-Arrays in elektrischer Verbindung.
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BESCHREIBUNG DER FIGUREN
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Die verschiedenen Merkmale und Vorteile der offenbarten Beispiele gehen für den Fachmann aus der folgenden detaillierten Beschreibung hervor. Die die detaillierte Beschreibung begleitenden Figuren können wie folgt kurz beschrieben werden:
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1 zeigt eine stark schematische Ansicht eines Antriebsstrangs eines beispielhaften elektrifizierten Fahrzeugs.
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2 zeigt eine perspektivische schematische Ansicht eines Teils eines Arrays von einem Batteriesatz des Antriebsstrangs von 1, wobei eine Sammelschienenanordnung entfernt ist, um Batteriezellen des Arrays sichtbar zu machen.
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3 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Teils des Arrays von dem Batteriesatz von 1.
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4 zeigt eine Nahansicht des Bereichs 4 in 3.
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5 zeigt eine Schnittansicht am Bereich 4.
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6 zeigt eine Nahansicht eines Einsatzes in einer inneren Endplatte des Arrays.
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7 zeigt eine Nahansicht des Einsatzes.
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8 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Endplattenanordnung von dem Array von 3.
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9 zeigt eine Nahansicht des Bereichs 4 in 3 gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel.
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10 zeigt eine Nahansicht eines Einsatzes von der Ausführungsform von 9 in einer inneren Endplatte.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Die vorliegende Offenbarung betrifft allgemein elektrische Verbindungen, die einer Traktionsbatterie eines elektrifizierten Fahrzeugs zugeordnet sind. Im Allgemeinen koppeln elektrische Verbindungen eine elektrifizierbare Komponente mit einer anderen elektrifizierbaren Komponente. In elektrifizierten Fahrzeugen können elektrische Verbindungen zur elektrischen Kopplung der Traktionsbatterie verwendet werden.
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Insbesondere betrifft die Offenbarung eine elektrische Verbindung, die einen Einsatz enthält, der durch eine Array-Platte der Traktionsbatterie gehalten wird. Der Einsatz steht mit einer Sammelschiene der Traktionsbatterie in elektrischer Verbindung. Die elektrische Verbindung und die Array-Platte erfordern weniger Bauraum als Anordnungen der Stands der Technik.
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Unter Bezugnahme auf 1 enthält ein Antriebsstrang 10 eines Hybridelektrofahrzeugs (HEV) einen Batteriesatz 14 mit mehreren Anordnungen 18, eine Brennkraftmaschine 20, einen Motor 22 und einen Generator 24. Der Motor 22 und der Generator 24 sind Arten von elektrischen Maschinen. Der Motor 22 und der Generator 24 können getrennt sein oder die Form eines kombinierten Motor/Generators aufweisen.
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Bei dieser Ausführungsform ist der Antriebsstrang 10 ein leistungsverzweigter Antriebsstrang, der ein erstes Antriebssystem und ein zweites Antriebssystem einsetzt. Das erste und das zweite Antriebssystem erzeugen ein Drehmoment, um einen oder mehrere Sätze von Fahrzeugantriebsrädern 28 anzutreiben. Das erste Antriebssystem enthält eine Kombination aus der Kraftmaschine 20 und dem Generator 24. Das zweite Antriebssystem enthält mindestens den Motor 22, den Generator 24 und den Batteriesatz 14. Der Motor 22 und der Generator 24 sind Teile eines elektrischen Antriebssystems des Antriebsstrangs 10.
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Die Kraftmaschine 20 und der Generator 24 können durch eine Kraftübertragungseinheit 30, wie zum Beispiel einen Planetenradsatz, verbunden sein. Natürlich können auch andere Arten von Kraftübertragungseinheiten, einschließlich anderen Zahnradsätzen und Getrieben, zur Verbindung der Kraftmaschine 20 mit dem Generator 24 verwendet werden. Bei einer nicht einschränkenden Ausführungsform handelt es sich bei der Kraftübertragungseinheit 30 um einen Planetenradsatz, der ein Hohlrad 32, ein Sonnenrad 34 und eine Trägeranordnung 36 enthält.
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Der Generator 24 kann von der Kraftmaschine 20 durch die Kraftübertragungseinheit 30 angetrieben werden, um kinetische Energie in elektrische Energie umzuwandeln. Der Generator 24 kann alternativ auch als ein Motor fungieren, um elektrische Energie in kinetische Energie umzuwandeln und dadurch Drehmoment an eine mit der Kraftübertragungseinheit 30 verbundene Welle 38 abgeben.
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Das Hohlrad 32 der Kraftübertragungseinheit 30 ist mit einer Welle 40 verbunden, die durch eine zweite Kraftübertragungseinheit 44 mit den Fahrzeugantriebsrädern 28 verbunden ist. Die zweite Kraftübertragungseinheit 44 kann einen Zahnradsatz mit mehreren Zahnrädern 46 enthalten. Andere Kraftübertragungseinheiten könnten in anderen Beispielen verwendet werden.
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Die Zahnräder 46 übertragen Drehmoment von der Kraftmaschine 20 auf ein Differenzial 48, um letztendlich Traktion für die Fahrzeugantriebsräder 28 bereitzustellen. Das Differenzial 48 kann mehrere Zahnräder enthalten, die die Übertragung von Drehmoment auf die Fahrzeugantriebsräder 28 ermöglichen. In diesem Beispiel ist die zweite Kraftübertragungseinheit 44 durch das Differenzial 48 mechanisch mit einer Achse 50 gekoppelt, um Drehmoment auf die Fahrzeugantriebsräder zu verteilen.
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Der Motor 22 kann selektiv zum Antrieb der Fahrzeugantriebsräder 28 durch Abgabe von Drehmoment an eine Welle 54, die auch mit der zweiten Kraftübertragungseinheit 44 verbunden ist, eingesetzt werden. Bei dieser Ausführungsform wirken der Motor 22 und der Generator 24 als Teil eines Rekuperationsbremssystems zusammen, in dem sowohl der Motor 22 als auch der Generator 24 als Motoren zur Abgabe von Drehmoment eingesetzt werden können. Zum Beispiel können der Motor 22 und der Generator 24 jeweils elektrische Leistung zum Aufladen von Zellen des Batteriesatzes 14 abgeben.
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Nunmehr bei weiterer Bezugnahme auf 1 auf die 2 und 3 Bezug nehmend, enthält jedes Array 18 mehrere Batteriezellen 60, die entlang einer Achse A angeordnet sind. Die Arrays 18 halten die Batteriezellen 60 mit Array-Platten 62. Die Array-Platten 62 enthalten in diesem Beispiel Endplattenanordnungen 64, Seitenplattenanordnungen 66 und eine Wärmetauscherplatte 70. In anderen Beispielen könnten andere Arten von Array-Platten 62 verwendet werden.
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Die beispielhaften Endplattenanordnungen 64 enthalten eine innere Endplatte 72 und eine äußere Endplatte 76. Die innere Endplatte 72 trennt die äußere Endplatte 76 von den Batteriezellen 60, um unter anderem leitende Flächen der äußeren Endplatte 76 von den Batteriezellen 60 elektrisch zu isolieren. Die beispielhafte innere Endplatte 72 besteht in erster Linie aus einem Material, das nominell nicht leitend ist, wie zum Beispiel einem Kunststoffverbundwerkstoff oder einem Polymer, wie zum Beispiel glasverstärktem Polyamid. Die äußere Endplatte 76 besteht aus einem metallischen Material. Die äußere Endplatte 76 ist somit ein besserer elektrischer Leiter als die innere Endplatte 72.
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Einander gegenüberliegende axiale Enden der Seitenplattenanordnungen 66 sind an den äußeren Endplatten 76 der Endplattenanordnungen 64 fixiert. Die Seitenplattenanordnungen 66 sind in diesem Beispiel mit den äußeren Endplatten 76 verschweißt.
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Das beispielhafte Array 18 wird über flüssiges Kühlmittel, das durch die Wärmetauscherplatte 70 zugeleitet wird, gekühlt. Flüssiges Kühlmittel bewegt sich durch einen Einlass 78 zu einem in der Wärmetauscherplatte 70 hergestellten Kühlmittelpfad. Das flüssige Kühlmittel bewegt sich durch den Kühlmittelpfad, um Wärmeenergie mit den Zellen 60 und anderen Teilen des Arrays 18 auszutauschen. Das flüssige Kühlmittel tritt an einem Auslass 80 aus der Wärmetauscherplatte 70 aus.
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Das flüssige Kühlmittel wird in diesem Beispiel zum Kühlen der Zellen 60 verwendet. In einem anderen Beispiel könnte das flüssige Kühlmittel zum Beheizen der Zellen 60 verwendet werden.
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Obgleich die beispielhaften Zellen 60 in der Darstellung flüssigkeitsgekühlt sind, können die Zellen 60 in anderen Beispielen auch luftgekühlt sein.
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Eine Sammelschienenanordnung 82 enthält mehrere einzelne Sammelschienen 84. Anschlüsse 86 der Batteriezellen sind an den Sammelschienen 84 fixiert, um zwischen den Batteriezellen 60 und den Sammelschienen 84 elektrische Leistung zu übertragen. Die Anschlüsse 86 können zum Beispiel mit den Sammelschienen 84 verschweißt sein. In 2 ist die Sammelschienenanordnung 82 entfernt worden, um die Batteriezellen 60 zu zeigen.
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Ein elektrisches Kabel 90 ist elektrisch mit der Anordnung 18 gekoppelt, um elektrische Leistung zu und von dem Array 18 zu übertragen. Die elektrische Leistung kann zum Beispiel dazu verwendet werden, eine elektrische Maschine, wie zum Beispiel den Motor 22 des Antriebsstrangs 10, anzutreiben.
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Nunmehr bei weiterer Bezugnahme auf die 2 und 3 auf die 4 bis 8 Bezug nehmend, wird eine elektrische Verbindung 100 zum elektrischen Koppeln des Kabels 90 mit dem Array 18 verwendet. Die beispielhafte elektrische Verbindung 100 enthält ein Befestigungselement 102, das einen in der inneren Endplatte 72 der Endplattenanordnung 64 gehaltenen Einsatz 106 in Eingriff nimmt. Der Einsatz 106 kann als ein Befestigungseinsatz betrachtet werden, da der Einsatz 106 mit dem Befestigungselement 102 in Eingriff gebracht werden kann.
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Ferner enthält die elektrische Verbindung 100 einen Sammelschienenflansch 110 von der Sammelschienenanordnung 82 und einen Kabelverbinder 114 vom Kabel 90. Der Sammelschienenflansch 110 und der Kabelverbinder 114 enthalten jeweils eine Öffnung zur Aufnahme des Befestigungselements 102. Durch den Eingriff des Befestigungselements 102 mit dem Einsatz 106 werden der Sammelschienenflansch 110 von der Sammelschienenanordnung 82 und der Kabelverbinder 114 vom Kabel 90 zusammengeklemmt. Der Sammelschienenflansch 110 steht mit den Sammelschienen 84 in elektrischer Verbindung.
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Das Befestigungselement 102, der Einsatz 106, der Sammelschienenflansch 110 und der Kabelverbinder 114 sind aus einem leitenden Material, wie zum Beispiel einem metallischen Material, hergestellt. Wenn das Befestigungselement 102 den Einsatz 106 in Eingriff nimmt und den Sammelschienenflansch 110 und den Kabelverbinder 114 zusammenklemmt, wird die elektrische Verbindung 100, die den Einsatz 106 enthält, zusammen mit den Sammelschienen 84 der Sammelschienenanordnung 82 elektrifiziert.
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Die beispielhafte innere Endplatte 72 besteht, wie zuvor beschrieben, in erster Linie aus einem nicht leitenden Material. Die innere Endplatte 72 ist nominell nicht leitfähig und isoliert elektrisch die elektrische Verbindung 100 von anderen Teilen des Arrays 18. In diesem Beispiel ist keine getrennte Abschirmungsstruktur erforderlich.
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In diesem Beispiel handelt es sich bei dem Befestigungselement 102 um einen Gewindebolzen. Das Befestigungselement 102 wird mit dem Einsatz 106 verschraubt, um den Einsatz 106 in Eingriff zu nehmen. Zum Drehen des Befestigungselements 102 bezüglich des Einsatzes 106, um den Eingriff des Einsatzes 106 durch das Befestigungselement 102 zu bewirken, kann ein Drehmomentwerkzeug verwendet werden.
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Das Befestigungselement 102 enthält einen sich von einem Kopf 122 erstreckenden Schaft 120. Die innere Endplatte 72 und der Einsatz 106 stellen eine Bohrung 126 bereit, die den Schaft 120 des Befestigungselements 102 aufnimmt.
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Insbesondere weist die elektrische Verbindung 100 im Vergleich zu elektrischen Verbindungen des Stands der Technik ein relativ niedriges Profil auf. Bei Ausführungen des Stands der Technik stellte eine sich von einem Array nach oben erstreckende Gewindestange einen Befestigungspunkt für eine elektrische Verbindung bereit.
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Bei der elektrischen Verbindung 100 sind der Schaft 120 und der Einsatz 106 zum großen Teil innerhalb der inneren Endplatte 72 unter einer nach oben weisenden Fläche 130 der inneren Endplatte 72 enthalten. Somit ist der für die elektrische Verbindung 100 erforderliche Bauraum im Vergleich zu den elektrischen Verbindungen des Stands der Technik, bei denen sich eine Gewindestange von dem Array 18 über eine große Strecke nach oben erstreckte, reduziert.
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Der Einsatz 106 enthält eine Kontaktfläche 134 zum Kontaktieren des Sammelschienenflansches 110. In einem anderen Beispiel ist der Sammelschienenflansch 110 auf dem Kabelverbinder 114 gestapelt, und die Kontaktfläche 134 kontaktiert den elektrischen Verbinder 114 direkt anstatt den Sammelschienenflansch 110.
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Obgleich der Einsatz 106 in der inneren Endplatte 72 versenkt ist, ist die Kontaktfläche 134 vertikal von der nach oben weisenden Fläche 130 der inneren Endplatte 72 beabstandet. Somit steht der Einsatz 106 von der inneren Endplatte 72 hervor und ragt von der nach oben weisenden Fläche 130 vor. Durch Positionierung des Einsatzes 106 in der inneren Endplatte 72 derart, dass der Einsatz 106 von der umgebenden Fläche der inneren Endplatte 72 vorragt, wird gewährleistet, dass die Fläche 134 des Einsatzes 106 vollständig mit dem Sammelschienenflansch 110 oder dem elektrischen Verbinder 114 zusammengekoppelt werden kann.
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Da der beispielhafte Einsatz 106 von der inneren Endplatte 72 vorragt, berührt das Befestigungselement 122 nicht die Fläche 130 der inneren Endplatte 72, bevor das Befestigungselement 122 den Einsatz 106 vollständig in Eingriff nimmt. Wäre der Einsatz 106 mit der nach oben weisenden Fläche 130 bündig oder endete kurz darunter, könnte der Kopf 122 potenziell auf der inneren Endplatte 72 aufliegen, wodurch ein Festklemmen des elektrischen Verbinders 114 und des Sammelschienenflansches 110 verhindert werden könnte.
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Der beispielhafte Einsatz 106 ist in der inneren Endplatte 72 eingeformt. Das heißt, der Einsatz 106 wird während der Herstellung der inneren Endplatte 72 in ein Formwerkzeug platziert. Ein relativ weiches Polymermaterial der inneren Endplatte 72 wird dann in das Formwerkzeug eingeleitet und fließt um den Einsatz 106 herum. Das Material der inneren Endplatte 72 härtet in dem Formwerkzeug aus. Das gehärtete Material hält die Position des Einsatzes 106.
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Der Einsatz 106 kann Merkmale zum Fixieren des Einsatzes 106 in der inneren Endplatte 72 enthalten. Zum Beispiel enthält der Einsatz 106 einen ersten Umfangsflansch 140, einen zweiten Umfangsflansch 144 und mehrere sich radial erstreckende Flansche 148, die sich von dem ersten Umfangsflansch 140 zu dem zweiten Umfangsflansch 144 erstrecken.
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Der erste Umfangsflansch 140 versieht den Einsatz 106 mit einem Herausziehsicherungsmerkmal. Das Material der inneren Endplatte 72 berührt eine Fläche 152 des ersten Umfangsflansches 140, um einem Herausziehen des Einsatzes 106 aus der inneren Endplatte 72, wenn beispielsweise das Befestigungselement 122 den Einsatz 106 in Eingriff nimmt, zu widerstehen.
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Die sich radial erstreckenden Flansche 148 stellen ein Drehsicherungsmerkmal bereit. Die zum Umfang weisenden Flächen 156 der sich radial erstreckenden Flansche 148 berühren Material der inneren Endplatte 72, um einer Drehung des Einsatzes 106 bezüglich der inneren Endplatte 72 zu widerstehen.
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Der beispielhafte Einsatz 106 weist eine zylindrische Ausführung auf, könnte aber auch viele andere Geometrien haben.
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Nunmehr auf die 9 und 10 Bezug nehmend, enthält eine andere beispielhafte elektrische Verbindung 200 einen Einsatz 206, eine Sammelschienenverlängerung 210 und einen Kabelverbinder 214. In diesem Beispiel verwendet die elektrische Verbindung 200 statt eines Befestigungselements, wie zum Beispiel des Bolzens (4), eine Schweißung W, um die Sammelschienenverlängerung 210 und den Kabelverbinder 214 zusammen mit dem Einsatz 206 zu fixieren. Es könnte zum Beispiel eine Laserschweißung oder eine Punktschweißung verwendet werden.
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Bei der elektrischen Verbindung 200 ist in diesem Beispiel die Sammelschienenverlängerung 210 zwischen dem Kabelverbinder 214 und dem Einsatz 206 eingeklemmt. In einem anderen Beispiel ist der Kabelverbinder 214 zwischen der Sammelschienenverlängerung 210 und dem Einsatz 206 eingeklemmt.
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Die vorhergehende Beschreibung ist beispielhaft und nicht einschränkend. Für den Fachmann können Variationen oder Modifikationen der offenbarten Beispiele, die nicht zwangsweise von dem Wesen der vorliegenden Offenbarung abweichen, ersichtlich werden. Somit kann der rechtliche Schutzumfang, der der vorliegenden Offenbarung gewährt wird, nur durch eine genaue Untersuchung der folgenden Ansprüche bestimmt werden.
