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Die Erfindung betrifft eine Kontaktierungsvorrichtung zur Kontaktierung isolierter elektrischer Leitungen oder Kabel gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine elektrische Maschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 7.
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Die
DE 20 2006 012 075 U1 betrifft eine Statoranordnung für einen Elektromotor, insbesondere einen Außenläufermotor, bestehend aus einem Stator mit Statorwicklungen und einer senkrecht zur Motorachse an dem Stator angeordneten Schaltscheibe mit Leiterbahnen, die Wicklungsenden der Statorwicklung kontaktieren und mit einer Anschlussleitung verbindbar sind, wobei Schneid-Klemm-Kontakte die Wicklungsenden der Statorwicklungen mit wicklungsseitigen Kontaktabschnitten der auf der Schaltscheibe angeordneten Leiterbahnen verbinden.
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Die
EP 0 514 924 B1 betrifft eine Kontaktschraube zum Kontaktieren von isolierten elektrischen Leitungen oder Kabeln in einer Klemme, – mit einem Schraubenkörper mit einem zylindrischen Schaft mit einem Außengewinde, – mit einem Einschraubteil am vorderen Ende der Kontaktschraube, das Räumeinrichtungen zum Durchtrennen und Forträumen von Isoliermaterial und ein Kontaktstück zum Kontaktieren des Leitungsmaterials aufweist, und – mit einem Angriffsteil im hinteren Bereich der Kontaktschraube, insbesondere einem Innenkant oder Außenkant zum Ansetzen eines Werkzeugs, wobei der Schraubenkörper eine in Umfangsrichtung verlaufende Ringnut aufweist, die zwischen dem Schaft und dem Einschraubteil einen Übergangsbereich des Einschraubteiles mit reduziertem Außendurchmesser bildet, wobei der Schaft eine axial verlaufende Innenbohrung aufweist, die sich bis dicht an den Übergangsbereich erstreckt, der zwischen dem vorderen Bereich der Innenbohrung einerseits und der Wand der Ringnut andererseits eine Sollbruchstelle bildet, und deren Innendurchmesser mindestens so groß wie der Außendurchmesser des Übergangsbereiches ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Kontaktierungsvorrichtung und eine verbesserte elektrische Maschine mit Kontaktierungsvorrichtung anzugeben.
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Hinsichtlich der Kontaktierungsvorrichtung wird die Aufgabe erfindungsgemäß durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.
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Hinsichtlich der elektrischen Maschine mit Kontaktierungsvorrichtung wird die Aufgabe erfindungsgemäß durch die im Anspruch 7 angegebenen Merkmale gelöst.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Bei der Kontaktierungsvorrichtung zur Kontaktierung isolierter elektrischer Leitungen oder Kabel, insbesondere zumindest einer Spulenwicklung, ist erfindungsgemäß in einem Gewindeabschnitt randseitig zumindest eine Aussparung angeordnet, welche sich in Längsrichtung des Gewindeabschnitts erstreckt und in welcher jeweils eine zu kontaktierende isolierte elektrische Leitung oder ein zu kontaktierendes isoliertes elektrisches Kabel anordenbar ist, wobei ein zumindest abschnittsweise elektrisch leitfähiges Befestigungsmittel in den Gewindeabschnitt einschraubbar ist, deren Gewindeflanken eine Isolierung der elektrischen Leitungen oder der elektrischen Kabel durchdringen und somit formschlüssig fixieren und kontaktieren. Dadurch ist eine lösbare Verbindung zwischen elektrischer Leitung oder Kabel und der Kontaktierungsvorrichtung ermöglicht. Zudem können während der Montage der Kontaktierungsvorrichtung die Verfahrensschritte Abisolieren, Kontaktieren und Fixieren mit einem einzigen Werkzeug in einem einzigen Verfahrensschritt durchgeführt werden, wodurch eine einfache und schnelle Handhabung ermöglicht ist und der Energieverbrauch minimiert wird.
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Vorteilhafterweise können durch die Verwendung von Normteilen, beispielweise herkömmlichen Schrauben, als Befestigungsmittel die Herstellungskosten signifikant verringert werden.
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Bei der elektrischen Maschine, umfassend einen Statur und eine erfindungsgemäße Kontaktierungsvorrichtung zur Kontaktierung des Stators, kann vorteilhafterweise eine Vereinfachung des Fertigungsprozesses und der Endmontage der elektrische Maschine erzielt werden.
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Eine erfindungsgemäße Kontaktierungsvorrichtung kann insbesondere auch zur Kontaktierung nicht isolierter elektrischer Leitungen oder Kabel verwendet werden. Hierbei können die elektrischen Leitungen oder Kabel von Anfang an nicht isoliert sein oder in einem Arbeitsschritt vor der Kontaktierung in einem Bereich separat abisoliert werden. Die nicht isolierten elektrischen Leitungen oder Kabel lassen sich ebenso in erfindungsgemäßen Kontaktierungsvorrichtungen mit den gleichen Vorteilen befestigen und kontaktieren. Die zusätzliche Funktionalität der erfindungsgemäßen Kontaktierungsvorrichtung, um eine Isolierung einer isolierter elektrischer Leitung oder Kabels zu Kontaktierung zu überwinden, wäre hierbei nicht notwendigerweise erforderlich, wobei auch die nicht isolierte elektrische Leitung oder Kabel durch die erfindungsgemäßen Kontaktierungsvorrichtung ebenfalls kontaktiert werden.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
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Dabei zeigen:
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1 schematisch eine perspektivische Ansicht eines herkömmlichen Schaltrings mit einer Mehrzahl von Schaltringfahnen für eine elektrische Maschine,
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2 schematisch eine perspektivische Ansicht einer herkömmlichen Schaltringfahne,
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3 schematisch eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Kontaktierungsvorrichtung
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4 schematisch eine perspektivische Ansicht einer Kontaktierungsvorrichtung mit daran angeordneten Befestigungsmitteln und mittels dieser kontaktierter elektrischer Leitungen,
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5 schematisch eine perspektivische Ansicht eines Schaltrings mit einer Mehrzahl von Kontaktierungsvorrichtungen für eine elektrische Maschine, wobei an den Kontaktierungsvorrichtungen Befestigungsmittel angeordnet sind, welche elektrische Leitungen kontaktieren und
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6 schematisch eine perspektivische Ansicht einer alternativen Ausführungsform einer Kontaktierungsvorrichtung.
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Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt schematisch eine perspektivische Ansicht eines herkömmlichen Schaltrings 1 mit einer Mehrzahl von Schaltringfahnen 2 für eine nicht dargestellte elektrische Maschine.
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Die Statoren herkömmlicher, nicht dargestellter permanent erregter elektrischer Maschinen werden segmentiert bewickelt und anschließend mittels eines herkömmlichen Schaltringes 1 verschaltet. Dabei besteht ein solcher herkömmlicher dreiphasiger Schaltring 1 aus drei Kupferbahnen die über Schaltringfahnen 2 die Drähte der bewickelten Einzelzähne des Stators mittels einer stoffschlüssigen Verbindung, insbesondere Schweißen oder Löten, kontaktieren. Dabei werden die Drähte in entsprechend ausgebildete Gabeln 3 der Schaltringfahnen 2 eingelegt und verschweißt. Nachteilig hierbei ist die vorausgesetzt hohe Verarbeitungsqualität der Schweißpunkte, da bereits bei einer fehlerhaften Verbindung nur eines von zum Beispiel 60 Schweißpunkten der gesamte Stator nicht mehr funktionstüchtig ist. Ein weiterer Nachteil ist die fehlende Wiederverwertbarkeit des Schaltringes 1, welcher weder repariert, noch nachgearbeitet und/oder wiederverwendet werden kann, da die Schweißverbindungen ausschließlich zerstörend lösbar sind.
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2 zeigt schematisch eine perspektivische Ansicht einer herkömmlichen Schaltringfahne 2.
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Alternative Möglichkeiten zur Herstellung einer lösbaren formschlüssigen Verbindung sind beispielweise die Schneid-Klemm-Technik und die Schraub-Klemm-Technik, wobei für die erstgenannte Technik ein aufwändiges Zusatzbauteil (Schneidklemme) Anwendung findet und bei der zweitgenannten Technik ein weiterer, zusätzlicher Verfahrensschritt (Abisolieren) mit einem zusätzlichen Werkzeug durchzuführen ist.
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Um eine mechanisch lösbare, formschlüssige Verbindung zwischen den isolierten elektrischen Leitungen oder Kabeln und dem Schaltring herzustellen, wird hiermit ein kombiniertes Verfahren vorgeschlagen. Dabei wird die Abisolierung der elektrischen Leitung oder des Kabels und die gleichzeitige Fixierung und Kontaktierung in einem Verfahrensschritt mit einfachen Werkzeugen mittels der erfindungsgemäßen Kontaktierungsvorrichtung 4 erreicht.
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3 zeigt schematisch eine perspektivische Ansicht einer solchen erfindungsgemäßen Kontaktierungsvorrichtung 4.
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4 zeigt schematisch eine perspektivische Ansicht der Kontaktierungsvorrichtung 4 mit daran angeordneten Befestigungsmitteln 5 und mittels dieser kontaktierter elektrischer Leitungen 6.
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Die Kontaktierungsvorrichtung 4 umfasst einen Befestigungsabschnitt 7, welcher mittels eines fahnenförmigen Halteabschnitts 8 am Schaltring 1 angeordnet ist.
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Im Befestigungsabschnitt 7 sind zwei bevorzugt nebeneinander angeordnete Gewindeabschnitte 9 angeordnet, welche in Form einer Durchgangsbohrung ausgebildet oder in eine solche eingebracht sind. In jedem Gewindeabschnitt 9 ist randseitig zumindest eine nutförmige Aussparung 10 angeordnet, welche sich in Langsrichtung des Gewindeabschnitts 9, mithin in einer Einschraubrichtung des Gewindeabschnitts 9, erstreckt.
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Die Aussparungen 10 weisen bevorzugt einen halbkreisförmigen Querschnitt auf, dessen Radius einem Radius der zu kontaktierenden isolierten elektrischen Leitung 6 oder des zu kontaktierenden isolierten elektrischen Kabels entspricht.
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In jeder Aussparung 10 ist jeweils eine zu kontaktierende isolierte elektrische Leitung 6 oder ein zu kontaktierendes isoliertes elektrisches Kabel anordenbar.
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Im Befestigungsabschnitt 7 ist ein Spalt 11 eingebracht, welcher sich in Längsrichtung des Gewindeabschnitts 9 erstreckt und eine Öffnung des Gewindeabschnitts 9 in Richtung einer Außenkante 12 des Befestigungsabschnitts 7 bewirkt.
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Dabei ist der Spalt 11 bevorzugt der Aussparung 10 gegenüberliegend im Gewindeabschnitt 9 angeordnet, so dass ein einfaches Einführen der elektrischen Leitung 6 von außerhalb des Befestigungsabschnitts 7 durch den Spalt 11 hindurch in den Gewindeabschnitt 9 und die Aussparung 10 ohne Richtungswechsel ermöglicht ist. Weiterhin ist derart eine besonders sichere Fixierung der elektrischen Leitung 6 erreicht, da die Aussparung 10 weitestmöglich entfernt vom Spalt 11 im Gewindeabschnitt 9 angeordnet ist und somit eine strukturelle Schwächung des Gewindeabschnitts 9 minimiert ist.
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Eine Breite des Spaltes 11 im Gewindeabschnitt 9 entspricht im Wesentlichen einem Durchmesser der zu kontaktierenden isolierten elektrischen Leitung 6, so dass eine Führung der elektrischen Leitung 6 auf beiden Seiten des Spaltes 11 ermöglicht und ein Einlegen der elektrischen Leitung 6 in den Spalt 11 derart vereinfacht ist.
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Zur sicheren Aufnahme des Befestigungsmittels 5 im Gewindeabschnitt 9 darf die Breite des Spaltes 11 nicht mehr als 90° Grad Winkelmaß des Gewindeabschnitts 9 überschreiten.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsvariante kann der Spalt 11 einen trichterförmigen Außenbereich 16 aufweisen, wodurch die Einführung der elektrischen Leitung 6 durch den Spalt 11 weiter erleichtert ist.
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Die elektrische Leitung 6 ist vorzugsweise als herkömmliche elektrische Leitung einer Spulenwicklung ausgeformt und aus Kupferlackdraht gebildet.
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Das Befestigungsmittel 5 ist bevorzugt als herkömmliche, zumindest abschnittsweise elektrisch leitfähige Schraube ausgebildet, deren Gewinde 13 korrespondierend zum Gewindeabschnitt 9 ausgebildet ist. Dabei weist das Gewinde 13 besonders bevorzugt in nicht dargestellter Weise scharfkantige und/oder spitze Gewindeflanken auf. Im Schraubenkopf 14 ist in herkömmlicherweise ein Formelement 15 angeordnet oder eingebracht, mittels dessen ein herkömmlicher Schraubendreher oder -schlüssel aufnehmbar ist. Das Formelement 15 ist beispielweise als herkömmlicher Außen-Sechskant, Schlitz, Kreuzschlitz, Innen-Sechskant, Innen-Vielzahn, Innen-Vierkant oder Außen-Vielzahn ausgebildet. Besonders bevorzugt ist das Befestigungsmittel 5 als herkömmliches und somit preiswert verfügbares Normteil ausgebildet.
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Zur Kontaktierung der Kontaktierungsvorrichtung 4 in der Montage wird ein Ende der elektrischen Leitung 6 in die Aussparung 10 eingelegt und das Befestigungsmittel 5 wird in den Gewindeabschnitt 9 eingeschraubt. Dabei überragt die elektrische Leitung 6 den Gewindeabschnitt 9, so dass die Gewindeflanken des Gewindes 13 eine Isolierung der elektrischen Leitung 6 durchdringen und diese somit gleichzeitig formschlüssig fixieren und elektrisch kontaktieren. Durch eine endseitig spitze und/oder scharfkantige Ausbildung der Gewindeflanken des Gewindes 13 kann die Isolierung besonders leicht durchtrennt werden.
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Eine bestmögliche Fixierung der elektrischen Leitung 6 am Befestigungsabschnitt 7 erfolgt durch das vollständige Anziehen des Befestigungsmittels 5, während die elektrische Leitung 6 abschnittsweise zwischen dem Schraubenkopf 14 und Befestigungsabschnitt 7 der Kontaktierungsvorrichtung 4 positioniert und fixiert ist. Dabei kann die elektrische Leitung 6 zwischen dem Schraubenkopf 14 und Befestigungsabschnitt 7 definiert deformiert werden.
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Durch die Führung der elektrischen Leitung 6 zwischen dem Schraubenkopf 14 und dem Befestigungsabschnitt 7 wird die elektrische Leitung 6 somit beim Festziehen des Befestigungsmittels 5 durch den Schraubenkopf 14 gegen den Befestigungsabschnitt 7 verklemmt und derart fixiert, dass auf die elektrische Leitung 6 einwirkende Kräfte nicht auf die Kontaktstellen der elektrischen Leitung 6 am Gewinde 13 einwirken, sondern an der Verklemmung der elektrischen Leitung 6 zwischen dem Schraubenkopf 14 und dem Befestigungsabschnitt 7 abgefangen werden.
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Vorteilhafterweise ist zum Befestigen und zum Kontaktieren der elektrischen Leitung 6 nur ein einzelner Arbeitsschritt notwendig, da beim Einschrauben des Befestigungsmittels 5 die elektrische Leitung 6 sowohl kontaktiert als auch fixiert wird.
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Besonders vorteilhafterweise ist diese Befestigung auch wieder lösbar, was eine Reparatur, Wiederverwendung oder Nachkorrektur der Montage des Schaltrings 1 ermöglicht.
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5 zeigt schematisch eine perspektivische Ansicht eines Schaltrings 1 mit einer Mehrzahl von Kontaktierungsvorrichtungen 4 für eine nicht dargestellte elektrische Maschine, wobei an den Kontaktierungsvorrichtungen 4 Befestigungsmittel 5 angeordnet sind, welche elektrische Leitungen 6 kontaktieren.
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Der in 5 dargestellte Schaltring 1 entspricht im Wesentlichen einem herkömmlichen Schaltring und ist beispielsweise als dreiphasiger Schaltring aus drei gegeneinander isolierten, nicht näher dargestellten Kupferbahnen gebildet. Dabei ist jede Kupferbahn mittels zumindest einer Kontaktierungsvorrichtung 4 kontaktiert.
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Die Kontaktierungsvorrichtungen 4 sind bevorzugt in einem äußeren Randbereich des Schaltrings 1 umfänglich verteilt angeordnet. In einer bevorzugten Ausführungsform werden Kontaktierungsvorrichtungen 4 und die jeweilige Kupferbahn einstückig als Pressformteil ausgebildet. Babel überragen die Kontaktierungsvorrichtungen 4 den Schaltring 1 randseitig.
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Eine Lage oder Position der Kontaktierungsvorrichtungen 4 und insbesondere der Befestigungsabschnitte 7 in Bezug auf den Schaltring 1 ist dabei variabel an die Platzverhältnisse innerhalb der elektrischen Maschine oder während der Produktion anpassbar.
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Babel können die Befestigungsabschnitte 7 beispielweise parallel oder senkrecht zum Schaltring 1 ausgerichtet werden.
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Besonders vorteilhafterweise erfolgt eine Ausrichtung oder Positionierung der Befestigungsabschnitte 7 derart, dass mittels eines einzigen Werkzeuges ein gleichzeitiges Positionieren der elektrischen Leitung 6 in der Aussparung 10 und ein Eindrehen des Befestigungsmittels 5 mit nur einem Werkzeug, vorzugsweise einem Greifer, durchgeführt werden kann.
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6 zeigt schematisch eine perspektivische Ansicht einer alternativen Ausführungsform einer Kontaktierungsvorrichtung 4. Dabei sind in einem Gewindeabschnitt 9 mehrere, beispielsweise zwei, Aussparungen 10 angeordnet, in welche jeweils eine elektrische Leitung 6, 17 einlegbar ist. Dadurch besteht die Möglichkeit, mittels eines Gewindeabschnitts 9 und eines Befestigungsmittels 5 mehrere elektrische Leitungen 6, 17, beispielsweise die erste elektrische Leitung 6 einer ersten Einzelzahnwicklung und die zweite elektrische Leitung 17 einer zweiten, benachbarten Einzelzahnwicklung des Stators, gleichzeitig zu kontaktieren und zu fixieren.
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Dadurch kann die Anzahl der notwendigen Befestigungsmittel 5 signifikant reduziert werden.
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Diese Ausführungsform eignet sich besonders vorteilhafterweise für dreiphasige elektrische Maschinen, da hierbei benachbarte Spulen mit einer gemeinsamen Phase kontaktiert werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Schaltring
- 2
- Schaltringfahne
- 3
- Gabel
- 4
- Kontaktierungsvorrichtung
- 5
- Befestigungsmittel
- 6
- elektrische Leitung
- 7
- Befestigungsabschnitt
- 8
- Halteabschnitt
- 9
- Gewindeabschnitt
- 10
- Aussparung
- 11
- Spalt
- 12
- Außenkante
- 13
- Gewinde
- 14
- Schraubenkopf
- 15
- Formelement
- 16
- trichterförmiger Außenbereich
- 17
- elektrische Leitung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 202006012075 U1 [0002]
- EP 05149241 B1 [0003]
