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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen dezentralen Kleinverteiler. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Leitungssystem und ein Herstellverfahren.
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Stand der Technik
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Die vorliegende Erfindung wird im Folgenden hauptsächlich in Verbindung mit elektrischen Bordnetzen von Fahrzeugen beschrieben. Allerdings ist die vorliegende Erfindung nicht auf den Einsatz in Fahrzeugen beschränkt und kann in beliebigen elektrischen Netzen eingesetzt werden.
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Das physische Bordnetz von Fahrzeugen hat die Aufgabe Steuergeräte und elektrische Lasten mit elektrischer Energie und einer Datenanbindung zu versorgen. Insbesondere das Energiebordnetz zur Versorgung der Steuergeräte und elektrischen Lasten mit elektrischer Energie nimmt wegen der stetig steigenden Anzahl an Verbrauchern im Bordnetz stetig an Umfang und Gewicht zu. Üblicherweise übernehmen die elektrischen Leitungen nur den Energietransport. Die Energieverteilung ist nur am Leitungsende beispielsweise mit Hilfe von Stromverteilern möglich.
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In modernen Fahrzeugen steigt nicht nur der Funktionsumfang mit elektrischen Verbrauchern. Des Weiteren kommt beispielsweise mit 48 V zu der vorhandenen 12 V Spannungslage eine weitere Spannungslage hinzu. Außerdem werden getrennte Bauräume für 12 V, 48 V, und die FUSI-HAF Versorgungen (Funktionssicheres Hoch-Automatisiertes-Fahren) benötigt.
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Die
DE 10 2016 102 281 A1 zeigt ein System zur Herstellung einer elektrischen Verbindung mit einem Aluminiumflachleiter z.B. in einem Fahrzeug, bei dem eine Klammer über den Leiter gesteckt wird.
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Beschreibung der Erfindung
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Eine Aufgabe der Erfindung ist es daher, unter Einsatz konstruktiv möglichst einfacher Mittel die Ausdehnung und das Gewicht des Bordnetzes gering zu halten.
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Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und den begleitenden Figuren angegeben.
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Die vorliegende Erfindung basiert auf der Erkenntnis, das konventionelle Bordnetz-Topologien für Fahrzeuge nachteilig bezüglich Bauraum und Gewicht sind. Konventionelle Bordnetz-Topologien weisen mehrere Ebenen auf:
- 1. Die Ebene der Generator-Batterieanbindung mit Batteriehauptverteiler (HSV)
- 2. Die Ebene der Hauptverteilung vom Batteriehauptverteiler zu den Sicherungs- und Relaisboxen (SV)
- 3. Die Ebene der Unterverteilung von den SV zu den Verbrauchern
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Konventionelle Bordnetz-Topologien weisen zentrale Verteilerknoten auf. Solche Verteilerknoten stellen gleichzeitig die Schnittstelle zwischen den Ebenen dar und werden an den Leitungsenden vorgesehen. Da in allen drei Ebenen eine Verteilung über die Fläche des Fahrzeuges vorgenommen werden muss, finden sich in konventionellen 12 V Bordnetzen viele Versorgungsleitungen, die parallel verlegt sind und das gleiche Versorgungpotential führen.
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Die vorliegende Erfindung dagegen vermeidet parallele Wege der Stromversorgung für die einzelnen Ebenen und gewährleistet die möglichst kürzeste Anbindung jeder Last.
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Dazu sieht die vorliegende Erfindung ein Leitungssystem vor. Das Leitungssystem weist mindestens einen Strang auf. Dieser Strang weist wiederum mindestens einen Rundleiter auf. Ein Leitungsstrang kann sich beispielsweise von der Batterie quer durch ein Fahrzeug erstrecken. Anstelle von zentralen Stromverteilern weist das Leitungssystem aber den mindestens einen Rundleiter auf, an dessen Länge ortsnah zu den Lasten dezentrale Verzweigungen, also beispielsweise dezentrale Kleinverteiler, angeordnet sind. Die dezentralen Kleinverteiler kontaktieren den Rundleiter direkt und ermöglichen ein Verzweigen von Leitung ausgehend von dem Rundleiter, ohne dass einzelne Ebenen in dem Fahrzeug parallel verlegt werden müssten. Ein solcher Rundleiter, von dem Leitungen direkt zu den Verbrauchern abzweigen können, kann auch Multi-Drop-Verteiler genannt werden. Durch eine Teil-Abisolierung des Rundleiters lediglich an den entsprechenden Stellen, kann der Rundleiter an jeder Position kontaktiert werden und Mittelabgriffe werden möglich.
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Um solche Abzweigungen zu ermöglichen, sind beispielsweise die dezentralen Kleinverteiler vorgesehen. Eine direkte Kontaktierung des Rundleiters ist aber ebenfalls möglich. Die dezentralen Kleinverteiler können den Rundleiter an beliebigen Stellen direkt kontaktieren und ermöglichen somit eine Verzweigung ausgehend von dem Rundleiter an beliebigen Stellen des Rundleiters.
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Dazu sehen die dezentralen Kleinverteiler das erste Kontaktelement vor, welches elektrisch mit dem Rundleiter gekoppelt ist. Ferner sehen die dezentralen Kleinverteiler die zweiten Kontaktelemente vor, welche mit dem ersten Kontaktelement direkt oder indirekt gekoppelt sind und ferner mit einem Leiter beziehungsweise einem Verbraucher gekoppelt sind. Es versteht sich, dass zwischen dem ersten Kontaktelement und den zweiten Kontaktelementen weitere Elemente angeordnet sein können, wie weiter unten beschrieben.
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Das erste Kontaktelement dient folglich zur Kontaktieren des Rundleiters. Es koppelt die elektrische Leistung also aus dem Rundleiter aus und kann daher elektrische Leistung an entsprechende Verbraucher verteilen. Die zweiten Kontaktelemente dienen der Übertragung der elektrischen Leistung zu dem jeweiligen Verbraucher. Als Verbraucher im Sinn der vorliegenden Patentanmeldung können alle Abnehmer der elektrischen Leistung verstanden werden. Ein elektrischer Verbraucher kann also beispielsweise ein Steuergerät, ein Aktor oder dergleichen sein. Ein elektrischer Verbraucher kann aber beispielsweise auch ein weiterer Rundleiter, beispielsweise ein Nebenleiter, sein.
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Die vorliegende Erfindung ermöglicht es folglich an beliebigen Stellen des Rundleiters eine Abzweigung zur Versorgung elektrischer Verbraucher anzuordnen. Die Masserückführung kann dabei über die leitfähige Karosserie des Fahrzeugs erfolgen. Alternativ kann ein zweiter Rundleiter mit entsprechenden dezentralen Kleinverteilern vorgesehen werden, der als Masserückführung zur Energiequelle, also beispielsweise der Fahrzeugbatterie, dient.
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Da der dezentrale Kleinverteiler mit sehr geringen Abmessungen hergestellt werden kann, kann dieser beispielsweise in ein Leitungsbündel integriert werden.
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Weitere Ausführungsformen und Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren.
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In einer Ausführungsform kann das erste Kontaktelement ausgangsseitig einen ersten Steckkontakt oder einen Schraubbolzen beziehungsweise eine Bohrung zum Verschrauben aufweisen. Die zweiten Kontaktelemente können eingangsseitig jeweils einen zweiten Steckkontakt beziehungsweise einen entsprechenden Schraubbolzen oder eine Bohrung aufweisen. Es versteht sich, dass eine andere Art der Kontaktierung, beispielsweise Toxen (=Durchsetzfügen), ebenfalls möglich ist.
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Das erste Kontaktelement und die zweiten Kontaktelemente können beispielsweise direkt miteinander gekoppelt werden. Dazu können der erste Steckkontakt und die zweiten Steckkontakte beispielsweise als männlicher und weiblicher Teil einer Steckverbindung ausgebildet sein.
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Werden das erste Kontaktelement und die zweiten Kontaktelemente direkt miteinander verbunden, kann der jeweilige Verbraucher sehr einfach an den Rundleiter gekoppelt werden. Dazu muss lediglich der Verbraucher mit den zweiten Kontaktelementen beispielsweise über eine Leitung gekoppelt werden und die zweiten Kontaktelemente dienen als Versorgungsstecker des Verbrauchers.
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Alternativ können das erste Kontaktelement und die zweiten Kontaktelemente auch indirekt miteinander gekoppelt werden. Unter einer indirekten Kopplung ist zu verstehen, dass zwischen dem ersten Kontaktelement und den zweiten Kontaktelementen mindestens ein weiteres Element angeordnet ist. Dies ermöglicht es, unterschiedliche Funktionen, wie beispielsweise Sicherungen und Diagnoseelemente, in den dezentralen Kleinverteiler zu integrieren. Alternativ oder zusätzlich kann zumindest ein Sicherungselement auch in einem der Kontaktelemente integriert sein. Ein solches Sicherungselement kann beispielsweise als Schmelzsicherung als eine Verjüngung des Materials des jeweiligen Kontaktelements ausgebildet sein. Solche Sicherungen können auch Stanzgitter-Sicherungen genannt werden.
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In einer Ausführungsform kann das erste Kontaktelement ein flächig ausgebildetes Kontaktblech zur Kopplung mit dem Rundleiter aufweisen, welches zwischen dem Rundleiter und dem ersten Steckkontakt angeordnet sein kann.
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Aus Gewichtsgründen wird in modernen Fahrzeugen häufig Aluminium als Material für Leitungsstränge eingesetzt. Steckkontakte sollten auf Grund der mechanischen Stabilität und der Leitfähigkeit aber aus Kupfer ausgebildet sein. Wird der Übergang zwischen Aluminium und Kuper feucht, kann es durch Elektrokorrosion zu Schäden an der Verbindung kommen. An dem Übergang zwischen Aluminium und Kupfer ist eine Abdichtung gegen eindringende Feuchtigkeit notwendig. Eine Abdichtung des üblicherweise runden Rundleiters kann an der Verbindungsstelle mit dem ersten Kontaktelement durchgeführt werden. Zur Isolierung beziehungsweise zum Korrosionsschutz einer solchen Verbindung kann die Verbindung beispielsweise vergossen, umspritzt, ausgeschäumt oder lackiert werden. Ferner ist ein Verkleben, beispielsweise mit Butyl, möglich. Ferner kann auch eine geteilte Einzeladerabdichtung eingesetzt werden. Anstelle einer herkömmlichen Einzeladerabdichtung, welche auf ein Ende einer Leitung aufgeschoben wird, werden bei einer geteilten Einzeladerabdichtung zwei Hälften einer Einzeladerabdichtung um die Leitung gelegt.
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Insbesondere bei unterschiedlichen Materialien des Rundleiters und des ersten Steckkontakts, kann das Kontaktblech daher beispielsweise als Distanzelement dienen, welches aus dem Material des Rundleiters ausgebildet ist und den ersten Steckkontakt derart von dem Rundleiter distanziert, dass ein Abdichten der Verbindung lediglich zwischen dem Kontaktblech und dem ersten Steckkontakt nötig wird. Diese Verbindung kann aber auf Grund des Abstands zu dem runden Rundleiter geometrisch für eine Abdichtung optimiert werden beziehungsweise separat mit einem Korrosionsschutz versehen werden. Das Kontaktblech dient in diesem Fall beispielsweise als Kontakt- beziehungsweise Schweißlasche zum Verschweißen mit dem Rundleiter, beispielsweise mittels Ultraschall. Es versteht sich, dass jede andere Art der elektrischen Kontaktierung ebenfalls möglich ist. Beispielsweise kann eine Krimpverbindung zum Kontaktieren des Rundleiters mit dem ersten Kontaktelement genutzt werden. Krimpen kann insbesondere bei einem Rundleiter und einem Kontaktelement aus Kupfer genutzt werden.
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Bei einer Ausführungsform kann das Kontaktblech derart geformt werden, dass es beim Schweißen eine Schweißraumbegrenzung darstellt, die normalerweise durch einen Seitenschieber realisiert wird. Damit lässt sich ein kompakterer Kontaktbereich realisieren, indem das Kontaktelement direkt am Schweißknoten anliegt. Die Gehäusegröße der Kleinverteiler lässt sich dadurch noch weiter reduzieren.
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In einer Ausführungsform kann das Kontaktblech aus Aluminium ausgebildet sein und der erste Steckkontakt kann einen Klemmkontant aus Kupfer und/oder einen Kontaktkamm aus Kupfer aufweisen.
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Wie oben bereits ausgeführt, sollten lösbare Klemmverbindungen auf Grund der mechanischen Stabilität und der hohen Leitfähigkeit aus Kupfer ausgebildet sein. Wird als erster Steckkontakt ein einzelner Klemmkontakt vorgesehen, kann dieser beispielsweise direkt mit einer oder Stecksicherung gekoppelt werden. Ein Kontaktkamm kann dagegen beispielsweise mit einer Vielzahl von entsprechenden Kontaktfedern einer Trägerplatine, Standardstecksicherungen oder dergleichen gekoppelt werden.
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Das Kontaktblech aus Aluminium kann beispielsweise mittels Walzplattieren mit dem Kontaktkamm aus Kupfer verbunden werden, es entsteht also ein Bimetallblech. Der Kontaktkamm kann beispielsweise aus Kupferblech gestanzt werden. Die Verbindungsstelle kann anschließen beispielsweise galvanisch mit Nickel und Zinn oder Silber oder entsprechenden Legierungen beschichtet werden. Hierdurch kann ein effektiver Korrosionsschutz gewährleistet werden.
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Durch die Verlegung des Materialübergangs zwischen Aluminium und Kupfer weg von dem Rundleiter kann der dezentrale Kleinverteiler vorgefertigt werden, ohne dass der gesamte Rundleiter zur galvanischen Behandlung bearbeitet werden müsste.
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Es versteht sich, dass eine Abdichtung oder zumindest Abdeckung der Schweißstelle zwischen Rundleiter und Kontaktblech aber ebenfalls möglich ist.
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In einer Ausführungsform kann der dezentrale Kleinverteiler ein elektrisches Bauteil, insbesondere eine Sicherung und/oder eine Diagnoseeinrichtung, aufweisen, welches zwischen dem ersten Kontaktelement und den zweiten Kontaktelementen angeordnet sein kann.
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Das elektrische Bauteil kann beispielsweise eine Schmelzsicherung oder dergleichen sein und ist mit dem Ausgang des ersten Kontaktelements und mit dem Eingang der zweiten Kontaktelemente gekoppelt. Es versteht sich, dass das elektrische Bauteil für jedes der zweiten Kontaktelemente ein eigenes elektrisches Element, also beispielsweise eine eigene Sicherung, aufweisen kann.
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Die Diagnoseeinrichtung kann beispielsweise eine Einrichtung sein, die den Spannungspegel auf der oder den durch den elektrischen Kleinverteiler bereitgestellten Abzweigungen von dem Rundleiter überwacht und ein entsprechendes Diagnosesignal ausgibt, welches beispielsweise durch eine zentrale Steuereinheit ausgewertet werden kann. Beispielsweise kann ein P-Typ MOSFET genutzt werden, dessen Gate mit dem zu überwachenden Spannungspfad gekoppelt ist. Der MOSFET kann beispielsweise zwischen einer Spannung-führenden Signalleitung und Masse angeordnet sein. Liegt auf dem zu überwachenden Spannungspfad ein Kurzschluss vor, wird der MOSFET durchgesteuert und die Spannung der Signalleitung gegen Masse abgeführt. Das Signal auf der Signalleitung wechselt von High zu Low. Es versteht sich, dass mehrere zu überwachende Spannungspfade durch Dioden voneinander getrennt parallel an das Gate des MOSFET angeschlossen werden können.
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In einer Ausführungsform können der erste Steckkontakt und die zweiten Steckkontakte jeweils Klemmkontakte zur Aufnahme von flächigen Kontaktfahnen aufweisen. Anstelle einer Verbindung von beispielsweise Sicherungen mit den Kontaktelementen über die Steckkontakte beziehungsweise deren Klemmkontakte ist ebenfalls eine Kontaktierung durch Schraubbolzen möglich. Sicherungen können ferner beispielsweise direkt mit dem Kupferblech vertoxt werden.
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Der erste Steckkontakt kann beispielsweise für jeden der zweiten Steckkontakte jeweils einen Klemmkontakt aufweisen. Die Klemmkontakte können beispielsweise dazu dienen, die in Fahrzeugen üblichen Stecksicherungen, beispielsweise Sicherungen nach ISO 8820-3, aufzunehmen und sowohl mechanisch als auch elektrisch zu kontaktieren.
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In einer Ausführungsform kann der dezentrale Kleinverteiler mindestens ein elektrisches Verbindungselement aufweisen, welches eingangsseitig mit dem ersten Steckkontakt gekoppelt sein kann und welches ausgangsseitig mit dem zweiten Steckkontakt gekoppelt sein kann, wobei das mindestens eine Verbindungselement eine Aufnahme für mindestens ein Bauteil aufweisen kann.
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Das Verbindungselement kann beispielsweise einen Träger beziehungsweise eine Trägerplatine aufweisen. Auf der Trägerplatine können sehr flexibel weitere Bauelemente angeordnet werden. Beispielsweise können auf einem solchen Verbindungselement Schmelzsicherungen, Diagnoseschaltungen und dergleichen angeordnet werden. Auf einer solchen Platine können aber zusätzlich oder alternativ auch weitere aktive Elemente, wie beispielsweise Controller, Spannungswandler und dergleichen angeordnet werden. Beispielsweise kann ein Spannungswandler direkt auf dem Verbindungselement angeordnet werden und beispielsweise ausgehend von einem 12 V Strang eine Spannung von 5 V oder 3.3 V zur Versorgung mikroelektronischer Bauelemente bereitstellen.
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Ferner können beispielsweise Schaltelemente, wie beispielsweise MOSFETs auf dem Verbindungselement vorgesehen werden, um eine intelligente Absicherung beziehungsweise gesteuerte Schaltung der Versorgung zu ermöglichen. In Kombination mit einem Controller kann die Schaltung beispielsweise über Steuerkommandos erfolgen, die über einen LIN- oder CAN-Bus übertragen werden.
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Die Aufnahme für das mindestens eine Bauteil kann beispielsweise als Lötpunkt beziehungsweise Lötpad oder Bohrung in einer Platine ausgebildet sein. Zusätzlich oder alternativ kann das Verbindungselement Steckkontakte oder Klemmaufnahmen für weitere Bauteile aufweisen.
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In einer Ausführungsform kann der dezentrale Kleinverteiler ein Gehäuse aufweisen, welches das erste Kontaktelement mit dem Rundleiter und das zweite Kontaktelement umschließen kann. Das Gehäuse kann ebenfalls die Aufnahme für Stecksicherungen oder eine Platine besitzen und dazu genutzt werden, den Strangverteiler an der Karosserie zu befestigen und somit die Funktion eines Halteteils für den Rundleiter übernehmen. Dazu kann das Gehäuse beispielsweise Bohrungen beziehungsweise Rastzapfen oder dergleichen aufweisen.
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Das Gehäuse kann mehrere Gehäuseelemente aufweisen. Beispielsweise kann eine Gehäuseschale das erste Kontaktelement mit dem Rundleiter und das zweite Kontaktelement aufnehmen. Ein Gehäusedeckel kann die Gehäuseschale schließen. Es versteht sich, dass entsprechende Dichtungen zwischen Gehäuseschale und Gehäusedeckel beziehungsweise Gehäuseschale und Rundleiter beziehungsweise den Kontaktelementen angeordnet werden können.
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Das Gehäuse kann ferner als Zugentlastung dienen und beispielsweise das zweite Kontaktelement gegen ein unbeabsichtigtes Herausziehen aus dem ersten Kontaktelement sichern, wenn diese direkt miteinander gekoppelt sind.
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Ferner kann das Gehäuse das erste Kontaktelement und das zweite Kontaktelement in Position halten, wenn diese beispielsweise Klemmkontakte zur Aufnahme eines Verbindungselements oder einer Sicherung aufweisen.
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In einer Ausführungsform kann mindestens eine der Verzweigungen einen dezentralen Kleinverteiler gemäß der vorliegenden Erfindung aufweisen. Mindestens einer der dezentralen Kleinverteiler kann indirekt mit mindestens einem der Verbraucher gekoppelt sein und zwischen dem entsprechenden dezentralen Kleinverteiler und dem mindestens einen Verbraucher ein Nebenleiter angeordnet sein.
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Unter einem Nebenleiter ist ein Leiter zu verstehen, der weniger elektrische Leistung, also bei gleicher Spannung weniger Strom führt, als der Hauptleiter. Der Nebenleiter kann beispielsweise ebenfalls ein Rundleiter sein und kann daher kleiner ausgeführt werden, als der Hauptleiter. An der Abzweigung von dem Nebenleiter zu dem jeweiligen Verbraucher kann selbstverständlich ebenfalls ein entsprechender dezentraler Kleinverteiler vorgesehen werden.
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Es versteht sich, dass das Prinzip der Nebenstränge beliebig kaskadierbar ist. Von einem Nebenleiter kann also ein kleinerer Nebenleiter abzweigen. Es ist dabei lediglich zu beachten, dass die Stromtragfähigkeit übergeordneter Leiter durch die Summe der Ströme in den untergeordneten Leitern nicht überschritten wird. Die Kopplung der Nebenleiter mit dem jeweiligen Hauptleiter kann dabei dezentral über direkte Verbindungen, beispielsweise Schweißverbindungen, Krimpverbindungen, dezentrale Kleinverteiler gemäß der vorliegenden Erfindung oder dergleichen erfolgen.
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Figurenliste
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Nachfolgend werden vorteilhafte Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitenden Figuren erläutert. Es zeigen:
- 1 ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels eines dezentralen Kleinverteilers gemäß der vorliegenden Erfindung;
- 2 ein Blockschaltbild eines weiteren Ausführungsbeispiels eines dezentralen Kleinverteilers gemäß der vorliegenden Erfindung;
- 3 ein weiteres Blockschaltbild des Ausführungsbeispiels eines dezentralen Kleinverteilers gemäß der vorliegenden Erfindung der 2;
- 4 ein Blockschaltbild eines weiteren Ausführungsbeispiels eines dezentralen Kleinverteilers gemäß der vorliegenden Erfindung;
- 5 ein weiteres Blockschaltbild des Ausführungsbeispiels eines dezentralen Kleinverteilers gemäß der vorliegenden Erfindung der 4;
- 6 ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels eines Hauptleiters gemäß der vorliegenden Erfindung;
- 7 ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Herstellverfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung;
- 8 ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung zur Durchführung zumindest eines Schrittes eines Herstellverfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung;
- 9 ein Blockschaltbild eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung zur Durchführung zumindest eines Schrittes eines Herstellverfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung;
- 10 ein Blockschaltbild eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung zur Durchführung zumindest eines Schrittes eines Herstellverfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung;
- 11 eine schematische Darstellung einer möglichen Ausführungsform des ersten Kontaktelements; und
- 12 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines Leitungssystems gemäß der vorliegenden Erfindung.
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Die Figuren sind lediglich schematische Darstellungen und dienen nur der Erläuterung der Erfindung. Gleiche oder gleichwirkende Elemente sind durchgängig mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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Detaillierte Beschreibung
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1 zeigt ein Blockschaltbild eines dezentralen Kleinverteilers 100. Der dezentrale Kleinverteiler 100 dient der Abzweigung elektrischer Leistung aus einem spannungsführenden Rundleiter 150 für eine Anzahl von Verbrauchern 151, die beispielsweise über eine Leitung 103 mit dem dezentralen Kleinverteiler 100 gekoppelt sind. Der dezentrale Kleinverteiler 100 weist ein erstes Kontaktelement 101 auf, das mit dem Rundleiter 150 gekoppelt ist. Ferner weist der dezentrale Kleinverteiler 100 ein zweites Kontaktelement 102 auf. Das zweite Kontaktelement 102 ist lösbar mit dem ersten Kontaktelement 101 gekoppelt und verbindet damit den Verbraucher 151 über die Leitung 103 mit dem Rundleiter 150.
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Lediglich beispielhaft sind das erste Kontaktelement 101 und das zweite Kontaktelement 102 als Stecker-Buchse-Paar dargestellt. Es versteht sich, dass andere Ausführungen ebenfalls möglich sind. Insbesondere können zwischen dem ersten Kontaktelement 101 und dem zweiten Kontaktelement 102 weitere Elemente angeordnet sein, wie beispielsweise in 2 - 5 erläutert wird.
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Das erste Kontaktelement 101 ist in einem Schnitt durch den Rundleiter 151 entlang seiner Längsachse tangential mit diesem gekoppelt, erstreckt sich also seitlich von diesem weg. An seinem Ende weist das erste Kontaktelement 101 eine buchsenartige Ausnehmung auf, in welche das zweite Kontaktelement 102 eingreift. Diese Ausnehmung ist um 90° abgewinkelt. Es versteht sich, dass die Ausnehmung auch geradlinig an dem ersten Kontaktelement 101 angeordnet sein kann.
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Mit dem dezentralen Kleinverteiler 100 kann an jeder beliebigen Stelle des Rundleiters 150 eine Abzweigung geschaffen werden, über welche Verbraucher 151 mit elektrischer Energie versorgt werden können.
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2 zeigt ein Blockschaltbild eines dezentralen Kleinverteilers 200. Der dezentrale Kleinverteiler 200 basiert auf dem dezentralen Kleinverteiler 100 und weist ebenfalls ein erstes Kontaktelement 201 auf, welches mit dem Rundleiter 250 gekoppelt ist. Ferner ist ein zweites Kontaktelement 202 vorgesehen, welches ausgangsseitig mit einer Leitung 203 versehen ist, um einen oder mehrere Verbraucher (nicht dargestellt) zu kontaktieren.
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Der dezentrale Kleinverteiler 200 weist ferner ein Gehäuse auf, welches eine erste Gehäuseschale 205 beziehungsweise ein Joch 205 und eine zweite Gehäuseschale 206 aufweist. Ferner ist ein Verbindungselement 207 vorgesehen, welches zwischen dem ersten Kontaktelement 201 und dem zweiten Kontaktelement 202 angeordnet wird. Der Rundleiter 250 liegt zwischen der ersten Gehäuseschale 205 und der zweiten Gehäuseschale 206. Werden die erste Gehäuseschale 205 und die zweite Gehäuseschale 206 zusammengefügt, schließen diese folglich den Rundleiter 250 gemeinsam mit dem ersten Kontaktelement 201 ein. Das zweite Kontaktelement 202 kann beispielsweise in einen Hohlraum der zweiten Gehäuseschale 206 eingeführt werden und dort beispielsweise verrasten. Es versteht sich, dass zusätzlich Dichtmaßnahmen vorgenommen werden können, die hier nicht explizit dargestellt sind.
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Bei dem dezentralen Kleinverteiler 200 werden sowohl das erste Kontaktelement 201 als auch das zweite Kontaktelement 202 aus der gleichen Richtung in die zweite Gehäuseschale 206 eingeführt. Das Verbindungselement 207 wird dagegen von der entgegengesetzten Seite in die zweite Gehäuseschale 206 eingeführt. Das erste Kontaktelement 201 und das zweite Kontaktelement 202 können also beispielsweise die zwei Kontakte einer Aufnahme bilden, in welche das Verbindungselement 207 eingesteckt wird.
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Das Verbindungselement 207 kann beispielsweise über ein eigenes Gehäuse verfügen oder als offenes Bauelement ausgebildet sein. Beispielsweise kann das Verbindungselement 207 eine Trägerplatine sein, aus welcher sich in Richtung des ersten Kontaktelements 201 und des zweiten Kontaktelements 202 Kontaktfahnen erstrecken. Auf einer oder beiden Seiten der Trägerplatine können weitere elektrische Bauelemente angeordnet werden. Beispielsweise können Sicherungen und Diagnose- beziehungsweise Überwachungseinrichtungen und/oder Schaltelemente auf der Trägerplatine angeordnet werden.
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3 zeigt ein weiteres Blockschaltbild des dezentralen Kleinverteilers 200 in zusammengebautem Zustand. In der 3 ist zu erkennen, wie der Rundleiter 250 gemeinsam mit dem ersten Kontaktelement 201 durch die erste Gehäuseschale 205 und die zweite Gehäuseschale 206 umfasst und gehalten wird. Es ist ferner zu erkennen, dass die Kontaktfahnen des Verbindungselements 207 in das erste Kontaktelement 201 und das zweite Kontaktelement 202 eingreifen.
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4 zeigt ein Blockschaltbild eines weiteren dezentralen Kleinverteilers 300. Der dezentrale Kleinverteiler 300 weist ebenfalls eine erste Gehäuseschale 305 auf, welche das erste Kontaktelement 301 und das zweite Kontaktelement 302 aufnimmt.
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Das erste Kontaktelement 301 ist mit dem Rundleiter 350 gekoppelt, beispielsweise verschweißt und weist einen 90° Winkel auf, ein Teil des ersten Kontaktelements 301 erstreckt sich folglich parallel zu der Längsachse des Rundleiters 350. Die erste Gehäuseschale 305 umfasst das erste Kontaktelement 301 und das zweite Kontaktelement 302 derart, dass deren Enden sich gegenüberliegen. Der Abstand zwischen dem ersten Kontaktelement 301 und dem zweiten Kontaktelement 302 wird dabei durch die erste Gehäuseschale 305 bestimmt und kann beispielsweise derart eingestellt werden, dass er dem Abstand der Lötfahnen üblicher KFZ-Stecksicherungen entspricht.
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Das erste Kontaktelement 301 weist einen Klemmkontakt 310 auf und das zweite Kontaktelement 302 weist einen entsprechenden Klemmkontakt 311 auf. Die Klemmkontakte 310, 311 können beispielsweise die Kontaktfahnen einer KFZ-Stecksicherung aufnehmen.
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Es versteht sich, dass zumindest für das erste Kontaktelement 301 auch eine Geometrie gewählt werden kann, welche mehrere Klemmkontakte 310 aufweist, so dass mehrere zweite Kontaktelemente 302 jeweils beispielsweise über eine Stecksicherung mit dem ersten Kontaktelement 301 gekoppelt werden können.
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5 zeigt ein weiteres Blockschaltbild des dezentralen Kleinverteilers 300 mit geschlossenem Gehäuse. Es liegt also eine zweite Gehäuseschale 306 auf der ersten Gehäuseschale 305. Die zweite Gehäuseschale 306 ist derart ausgebildet, dass sie eine Aufnahmeöffnung für eine Stecksicherung 307 direkt über dem Klemmkontakt 310 und dem Klemmkontakt 311 aufweist. Beim Einführen der Stecksicherung 307 führt die zweite Gehäuseschale 306 die Stecksicherung 307 folglich so, dass deren Kontaktfahnen direkt in den Klemmkontakt 310 und den Klemmkontakt 311 eingeführt werden.
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Die zweite Gehäuseschale 306 weist ferner Rastnasen 312, 313 auf, welche die Stecksicherung 307 in Position halten, wenn diese eingesteckt ist. Es versteht sich, dass eine alternative Fixierung beispielsweise mit Schiebern oder Hebeln ebenfalls möglich ist. Ferner versteht sich, dass eine Fixierung auch für das Verbindungselement 207 in dem dezentralen Kleinverteiler 200 vorgesehen werden kann.
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6 zeigt ein Blockschaltbild eines Hauptleiters 450 für einen dezentralen Kleinverteiler. Der Hauptleiter 450 besteht aus einem Aluminiumkern 453 mit einer Ummantelung beziehungsweise Isolierung 452. Der Hauptleiter 450 ist an zwei Stellen lokal abisoliert. An diesen Stellen wird der Hauptleiter 450 jeweils durch ein Kontaktblech 417, 418 kontaktiert. Die Kontaktbleche 417, 418 können beispielsweise an den Aluminiumkern 453 angeschweißt werden. Jedes der Kontaktbleche 417, 418 ist ferner mit einem Kontaktkamm 419, 420 gekoppelt. Die Kontaktkämme 419, 420 bestehen zumindest größtenteils aus Kupfer. Die Einheit aus Kontaktblech 417 beziehungsweise 418 und Kontaktkamm 419 beziehungsweise 420 bildet jeweils ein erstes Kontaktelement.
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Diese Ausbildung der ersten Kontaktelemente ermöglicht eine Vorfertigung der Kontaktelemente. So können die Aluminium Kontaktbleche 417, 418 beispielsweise durch Walzplattieren mit dem jeweiligen Kontaktkamm 419, 420 verbunden werden. Anschließend kann ein Korrosionsschutz beispielsweise aus Nickel und Zink beziehungsweise Silber oder eine Legierung darauf beispielsweise galvanisch aufgebracht werden. Die Verbindung zwischen den Kontaktelementen und dem Hauptleiter 450 kann dann beispielsweise durch Schweißen erfolgen. Da es sich bei dieser Verbindung um eine Verbindung aus Aluminium mit Aluminium handelt, sind keine erhöhten Anforderungen an den Korrosionsschutz zu stellen.
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Zum leichteren Verständnis werden in der folgenden Beschreibung die Bezugszeichen zu den 1-6 als Referenz beibehalten.
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7 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Herstellverfahrens zum Herstellen eines dezentralen Kleinverteilers 100, 200, 300 zur Abzweigung elektrischer Leistung aus einem spannungsführenden Rundleiter 150, 250, 350, 450, 550, 650 für einen Verbraucher 151.
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In einem ersten Schritt S1 des Bereitstellens werden ein erstes Kontaktelement 101, 201, 301 und eine Anzahl von zweiten Kontaktelementen 102, 202, 302 bereitgestellt. In einem zweiten Schritt S2 des Koppelns wird das erste Kontaktelement 101, 201, 301 eingangsseitig mit dem Rundleiter 150, 250, 350, 450, 550, 650 und ausgangsseitig mit einer Eingangsseite der zweiten Kontaktelemente 102, 202, 302 gekoppelt. Schließlich werden in einem dritten Schritt S3 des Koppelns die zweiten Kontaktelemente 102, 202, 302 ausgangsseitig mit mindestens einem der Verbraucher 151 gekoppelt.
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Das erste Kontaktelement 101, 201, 301 kann ferner ausgangsseitig mit einem ersten Steckkontakt versehen werden und die zweiten Kontaktelemente 102, 202, 302 können eingangsseitig jeweils mit einem zweiten Steckkontakt versehen werden. Der erste Steckkontakt und ein zweiter Steckkontakt können direkt ineinander greifen, wenn das erste Kontaktelement 101, 201, 301 und eines oder mehrere der zweiten Kontaktelemente 102, 202, 302 zusammengefügt werden.
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In dem ersten Kontaktelement 101, 201, 301 kann beispielsweise ein flächig ausgebildetes Kontaktblech 417, 418, 517, 617, insbesondere aus Aluminium, zwischen dem Rundleiter 150, 250, 350, 450, 550, 650 und dem ersten Steckkontakt angeordnet werden. An dem ersten Steckkontakt kann ferner ein Klemmkontant aus Kupfer und/oder ein Kontaktkamm 419, 420 aus Kupfer angeordnet werden, der mit dem Kontaktblech 417, 418, 517, 617 gekoppelt ist.
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Ferner kann ein elektrisches Bauteil, beispielsweise eine Sicherung und/oder eine Diagnoseeinrichtung, zwischen dem ersten Kontaktelement 101, 201, 301 und den zweiten Kontaktelementen 102, 202, 302 angeordnet werden. An dem ersten Steckkontakt und an den zweiten Steckkontakten können dazu jeweils Klemmkontakte 310, 311 zur Aufnahme von flächigen Kontaktfahnen angeordnet werden.
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Ein elektrisches Verbindungselement 207, 307 kann eingangsseitig mit dem ersten Steckkontakt gekoppelt werden und ausgangsseitig mit dem zweiten Steckkontakt gekoppelt werden. Es liegt also zwischen dem ersten Steckkontakt und dem zweiten Steckkontakt. Das Verbindungselement 207, 307 kann ferner eine Aufnahme für mindestens ein Bauteil aufweisen.
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Schließlich kann ein Gehäuse um das erste Kontaktelement 101, 201, 301 mit dem Rundleiter 150, 250, 350, 450, 550, 650 und das zweite Kontaktelement 102, 202, 302 gelegt werden. Das Gehäuse umschließt also das erste Kontaktelement 101, 201, 301 mit dem Rundleiter 150, 250, 350, 450, 550, 650 und das zweite Kontaktelement 102, 202, 302. Das Gehäuse kann gleichzeitig eine Halterung für das Verbindungselement zwischen dem ersten Kontaktelement 101, 201, 301 und dem zweiten Kontaktelement 102, 202, 302 sein. Ein solches Verbindungselement kann beispielsweise eine Schmelzsicherung (siehe 5), eine Platine oder eine leitfähige Brücke sein.
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8 zeigt ein Blockschaltbild einer Schweißvorrichtung 530 zur Durchführung zumindest eines Schrittes eines Herstellverfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung in drei unterschiedlichen Zuständen, vor dem Schweißen, während dem Schweißen und nach dem Schweißen.
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Die linke Darstellung zeigt die Schweißvorrichtung vor dem Schweißen. Die Schweißvorrichtung 530 weist einen Amboss 534 auf, auf welchem der Rundleiter 550 aufliegt. Ein Kontaktblech 517 liegt zwischen dem Amboss 534 und dem Rundleiter 550.
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Rechts und links von dem Amboss 534 ist jeweils ein Seitenschieber 531, 532 angeordnet. Über dem Rundleiter 550 ist eine Sonotrode 533 angeordnet. Da das Kontaktblech 517 links seitlich über den Amboss 534 herausragt, ist der linke Seitenschieber 531, 532 entsprechend lang ausgebildet, so dass er über das Kontaktblech 517 bis zum Rundleiter 550 ragt. Ferner kann der Kontaktkamm als Seitenschieber genutzt werden (siehe 10). Somit kann ein Seitenschieber entfallen. Beim Maschinenaufbau resultiert daraus ein weiterer Freiheitsgrad und es entstehen weniger Einschränkungen beim Kammdesign.
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Während des Schweißens (mittlere Darstellung) werden die Seitenschieber 531, 532 an den Rundleiter 550 herangeführt und die Sonotrode 533 auf den Rundleiter 550 abgesenkt. Ultraschall, der durch die Sonotrode 533 ausgesendet wird, verschweißt das Kontaktblech 517 mit dem Rundleiter 550. Danach werden die Seitenschieber 531, 532 zurückgefahren und der Schweißvorgang ist beendet (rechte Darstellung).
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9 zeigt ein Blockschaltbild einer weiteren Schweißvorrichtung 630. Die Schweißvorrichtung 630 ähnelt der Schweißvorrichtung 530, jedoch sind die zwei Seitenschieber 631, 632 identisch, also kurz gegenüber dem Seitenschieber 531. Das Kontaktblech 617 in der Schweißvorrichtung 630 ist an der Kante des Ambosses 634 abgewinkelt und beansprucht daher weniger Raum. Dies ermöglicht die Verwendung der kurzen Seitenschieber 631, 632. Solche Seitenschieber 631, 632 können beispielsweise bereits in Schweißvorrichtungen vorhanden sein, die für die Kontaktierung des Rundleiters 650 bereits vorhanden sind.
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Es versteht sich, dass die in den 5 und 6 dargestellten Kontaktbleche 517, 617 das bereits mit einem Kontaktkamm oder einem anderen Kontakt versehen sein können.
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10 zeigt ein Blockschaltbild einer weiteren Schweißvorrichtung 730. Die Schweißvorrichtung 730 ähnelt der Schweißvorrichtung 730, jedoch weist sie nur einen Seitenschieber 731 auf. Das Kontaktblech 717 in der Schweißvorrichtung 730 ist an der Seite, welche dem Seitenschieber 731 gegenüberliegt, um 90° nach oben gebogen. Der Amboss 734 weist eine Erhöhung beziehungsweise Stütze für das Kontaktblech 717 auf. Bei der Anordnung der Schweißvorrichtung 730 ist lediglich ein Seitenschieber 731 vorhanden, wodurch der Aufbau der Schweißvorrichtung 730 erheblich vereinfacht wird.
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11 zeigt eine mögliche Ausführungsform des ersten Kontaktelements 817, welches in der Schweißvorrichtung 730 eingesetzt werden kann. Dementsprechend weist das Kontaktelement 817 eine stufenförmige Form auf, welche auf den Amboss 734 der Schweißvorrichtung 730 gelegt werden kann.
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Das Kontaktelement 817 weist ferner eine Öffnung zw. Bohrung 835 auf. Die Bohrung 835 dient dazu, das Kontaktelement 817 beispielsweise mit einer Sicherung zu koppeln. Dazu kann beispielsweise ein Schraubbolzen genutzt werden.
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12 zeigt ein Leitungssystem 940. Das Leitungssystem 940 weist einen Rundleiter 950 auf. Der Rundleiter 950 ist mit einer Batterie 941 gekoppelt. Ferner ist an dem Rundleiter 950 eine Verzweigung in Form eines dezentralen Kleinverteilers 900 vorgesehen, über welche ein Verbraucher 942 versorgt wird.
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Bezugszeichenliste
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- 100, 200, 300, 900
- dezentraler Kleinverteiler
- 101, 201, 301
- erstes Kontaktelement
- 102, 202, 302
- zweites Kontaktelement
- 103, 203, 303
- Leitung
- 205, 206, 305, 306
- Gehäuseschale
- 207, 307
- Verbindungselement
- 310, 311
- Klemmkontakt
- 312, 313
- Rastnasen
- 417, 418, 517, 617, 717, 817
- Kontaktblech
- 419, 420
- Kontaktkamm
- 530, 630, 730
- Schweißvorrichtung
- 531, 532, 631, 632, 731
- Seitenschieber
- 533, 633, 733
- Sonotrode
- 534, 634, 734
- Amboss
- 835
- Bohrung
- 940
- Leitungssystem
- 941
- Batterie
- 942
- Verbraucher
- 150, 250, 350, 450, 550, 650, 950
- Rundleiter
- 151
- Verbraucher
- 452
- Aluminiumkern
- 453
- Isolierung
- S1, S2, S3
- Verfahrensschritte
