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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Hochvolt-Terminal für einen Stator. In einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung einen Stator oder eine Statorwicklung, insbesondere aus einer Endlosmatte umfassend das erfindungsgemäße Hochvolt-Terminal sowie eine elektrische Maschine umfassend das erfindungsgemäße Hochvolt-Terminal, den erfindungsgemäßen Stator oder die erfindungsgemäße Statorwicklung.
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Permanenterregte Synchronmaschinen (PSM) werden bereits in vielen industriellen Anwendungen und im Zuge der Elektrifizierung zunehmend auch in der Automobilindustrie eingesetzt. Eine solche permanenterregte Synchronmaschine weist in der Regel einen zu bestromenden Stator und einen permanenterregten Rotor auf. Der Stator umfasst u.a. eine Statorwicklung, einen Statorträger, einen Verschaltungsring sowie ein Terminal für die Leistungselektronik.
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Elektrische Maschinen mit verteilter Wicklung oder Wellenwicklung weisen in der Regel einen Verschaltungsbereich auf, in dem verschiedene Leiter der Wicklung miteinander verbunden werden. Diese Kopplung wird auch als Brücke bezeichnet, die in der Regel für die Richtungsumkehr des Stromflusses zuständig ist. Des Weiteren kann die Verschaltung auch einen sog. Sternpunkt oder Sternphase enthalten. An diesem Punkt fließen alle Leiter und Ströme der unterschiedlichen Phasen gemäß einer Sternverschaltung zusammen. Als weiteres Bauteil besitzt die elektrische Maschine ein Hochvolt-Terminal. Dieses Bauteil ist für die Stromversorgung der elektrischen Maschine über die Leistungselektronik zuständig.
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Hochvolt-Terminals mit einem integrierten Verschaltungsbereich sind inzwischen aus dem Stand der Technik bekannt. So offenbart beispielsweise die
DE 10 2019 111 825 A1 einen Stator für eine elektrische Maschine mit einem solchen Hochvolt-Terminal.
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Obwohl derartige Bauteile aus dem Stand der Technik bekannt sind, besteht weiterhin der Wunsch, diese zu optimieren. Daher ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes Hochvolt-Terminal bereitzustellen. Insbesondere ein Hochvolt-Terminal bereitzustellen, dass auf eine möglichst kompakte Art und Weise eine Integration in einen begrenzten Bauraum eines Stators oder einer Statorwicklung ermöglicht.
Weiterhin ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Statorwicklung, einen gegenüber dem Stand der Technik verbesserten Stator sowie eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte elektrische Maschine bereitzustellen.
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Die Aufgabe wird durch die in den unabhängigen Ansprüchen beschriebenen Maßnahmen gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den unabhängigen Ansprüchen aufgeführt.
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Gemäß einem Aspekt weist ein Hochvolt-Terminal für einen Stator einer elektrischen Maschine ein erstes Kunststoffelement auf, welches Öffnungen aufweist, die von einer ersten Seite des ersten Kunststoffelements zu einer der ersten Seite gegenüberliegenden zweiten Seite des ersten Kunststoffelements durchgängig sind. Weiter weist das Hochvolt-Terminal Verschaltungselemente auf, die in dem ersten Kunststoffelement vorgesehen sind und auf der zweiten Seite über das erste Kunststoffelement hinausragende Kontaktstifte zum elektrischen Kontaktieren von auf der zweiten Seite über das erste Kunststoffelement hinausragenden Kontaktstiften einer Statorwicklung aufweisen. Darüber hinaus weist das Hochvoltterminal ein zweites Kunststoffelement auf, welches die auf der zweiten Seite der Öffnungen über das erste Kunststoffelement hinausragenden Kontaktstifte umgibt.
Vorteilhafterweise ergibt sich so eine vereinfachte Montage des Hochvoltterminals am Stator oder der Statorwicklung aufgrund der Fügerichtung sowie der durchgängigen Öffnungen. Die über das erste Kunststoffelement hinausragenden Kontaktstifte sind vorteilhafterweise für zur elektrischen Kontaktierung notwendigen Verfahrensschritte leicht zugänglich. Besonders vorteilhaft ist die Unterteilung des Hochvoltterminals in ein erstes Kunststoffelement sowie ein zweites Kunststoffelement, womit einerseits die Zugänglichkeit der Kontaktstifte ermöglicht ist, andererseits aber die Kontaktstifte in einem nachgelagerten Montageschritt durch das zweite Kunststoffelement umschlossen sind, wodurch potentielle Luft- und Kriechstrecken von Kontaktstiften in einer Öffnung zu Kontaktstiften in einer anderen Öffnung verlängert werden.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung weist Entlüftungöffnungen auf der dem ersten Kunststoffelement abgewandten Seite des zweiten Kunststoffelements auf, so dass einerseits die Kontaktsrifte umschlossen sind, andererseits bei verlängerten Luft- und Kriechstrecken Druckausgleiche im zweiten Kunststoffelement aufgrund von Temperaturschwankungen oder Energieeintrag bei Betriebsführung möglich sind.
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Gemäß einer Ausgestaltung ist das das zweite Kunststoffelement des Hochvolt-Terminals form- oder stoffschlüssig mit dem ersten Kunststoffelement verbunden. Dies dient dem Verringern einer Wirkung von Luft- und Kriechstrecken von Kontaktstiften in einer Öffnung zu Kontaktstiften in einer anderen Öffnung.
Besonders zweckmäßig ist das stoffschlüssige Verbinden des ersten Kunststoffelements mit dem zweiten Kunststoffelement, da insbesondere bei einem komplett umlaufenden Fügeberich eine zuverlässige Verlängerung der Luft- und Kriechstrecken umgesetzt ist. In diesem Zusammenhang ist es weiter zweckmäßig, die Fügebereiche derart auszugestalten, dass ein Formschluss gegeben ist. Dieser positioniert die beiden Kunststoffelemente eindeutig zueinander und erleichtert ein nachgelagertes thermisches Fügeverfahren.
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Gemäß einer Ausgestaltung verschließt das zweite Kunststoffelement die Öffnungen auf der zweiten Seite vollständig.
Die vorteilhafte Wirkung dieser Ausgestaltung ist darin begründet, dass die nachteilige Wirkung von Luft- und Kriechstrecken von Kontaktstiften in einer Öffnung zu Kontaktstiften in einer anderen Öffnung aufgrund des vollständigen Verschließens unterbunden bzw. vermieden ist, im Rahmen des technisch Möglichen.
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Gemäß einer Ausgestaltung weist das zweite Kunststoffelement einen das erste Kunststoffelement überdeckenden Bereich zur Realisierung einer form- oder stoffschlüssigen Verbindung auf, welcher an einem der Öffnung des ersten Kunststoffelements zugewandten distalen Ende des zweiten Kunststoffelements ausgebildet ist. Eine vorteilhafte Ausgestaltung weist dabei Fügebereiche jeweils am ersten Kunststoffelement und am zweiten Kunststoffelement auf, die insbesondere als Lippe- und Nutverbindung ausgebildet sind, sodass in axialer Richtung der Fügebereich des zweiten Kunststoffelements einen lippenförmige Verlängerung aufweist, welche in einen korrespondierenden nutförmigen Fügebereich des ersten Kunststoffelements eingebracht ist. Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung ist die Ausbildung einer umlaufenden Krempe, die um das zweite Kunststoffelement in radialer Richtung ausgebildet ist und flächig auf dem ersten Kunststoffelement aufliegt. Allgemein sind die Ausgestaltungen der Fügebereiche derart ausgebildet, dass zumindest eines der Kunststoffelemente durch thermische Fügeverfahren eine form- oder stoffschlüssige schlüssige Verbindung mit dem anderen Kunststoffelement eingeht, oder dass beide Kunststoffelemente stoffschlüssig miteinander verbunden sind.
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Gemäß einer Ausgestaltung sind die Öffnungen derart ausgestaltet, dass die Kontaktstifte der Statorwicklung von der ersten Seite zu der zweiten Seite des ersten Kunststoffelements einführbar sind.
Die vorteilhafte Wirkung dieser Ausgestaltung ist darin begründet, dass so eine einfache Montage ermöglicht ist und weiter das Hochvoltterminal in seiner räumliche Lage über die Kontaktstifte der Statorwicklung zumindest vordefiniert ist. Eine letztliche eindeutige Definition erfolgt über im oder am Hochvoltterminal vorgesehene Befestigungsvorrichtungen, welche dazu dienen können, das Hochvoltterminal mit einem Stator oder einem Statorgehäuse zu verbinden, insbesondere kann dies durch Verschraubung erfolgen.
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Gemäß einer Ausgestaltung sind die Kontaktstifte in axialer Richtung orientiert und das Hochvolt-Terminal ist mit der ersten Seite des ersten Kunststoffelements zu einer axialen Stirnfläche des Stators oder der Statorwicklung orientiert.
Dies erlaubt vorteilhafterweise eine vereinfachte Montage in axialer Richtung sowie eine bezogen auf den radialen Bauraum platzsparende Anordnung des Hochvolt-Terminals in der elektrischen Maschine.
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Gemäß einer Ausgestaltung bilden die in dem ersten Kunststoffelement vorgesehenen Kontaktstifte eine erste im Wesentlichen bogenförmig um einem ersten Radius angeordnete erste Gruppe sowie eine im Wesentlichen bogenförmig um einem zweiten Radius angeordnete zweite Gruppe aus, wobei der erste Radius kleiner ist als der zweite Radius.
Diese Ausgestaltung ist vorteilhaft, da die Kontaktstifte der Statorwicklung auf der jeweils inneren oder äußeren Seite der Statorwicklung in axialer Richtung weitergeführt werden können, wodurch sich der Fertigungsaufwand bei der Statorwicklung reduziert.
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Gemäß einer Ausgestaltung sind je zwei benachbarte radial äußere Kontaktstifte der zweiten Gruppe mit einer Stromschiene zur Verbindung des Hochvolt-Terminals (1) mit einer Leistungselektronik verbunden. Weiter sind mehrere andere Kontaktstifte der zweiten Gruppe zur Realisierung der Sternphase verbunden.
Besonders zweckmäßig ist diese Ausgestaltung, da somit die Länge der Stromschiene zur Anbindung an eine Leistungselektronik reduziert ist, sowie im Hinblick auf die Umsetzung der Statorwicklung in Form einer Wellenwicklung. So sind insbesondere die Anforderungen an die Anordnungen von Verschaltungselemente durch eine klare räumliche Aufteilung und Gruppierung der Kontaktstifte vereinfacht.
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Gemäß einem Aspekt umfasst ein Stator oder Statorwicklung, welche insbesondere als Endlosmatte ausgeführt ist, ein erfindungsgemäßes Hochvolt-Terminal.
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Gemäß einem weiteren Aspekt umfasst eine Elektrische Maschine ein erfindungsgemäßes Hochvolt-Terminal oder einen erfindungsgemäßen Stator oder eine erfindungsgemäße Statorwicklung.
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Unter dem Begriff „Endlosmatte“ wird im Sinne der vorliegenden Erfindung eine Statorwicklung verstanden, die üblicherweise mehrfach gewickelt und gefaltet wird. Insbesondere handelt es sich dabei um eine Wellenwicklung.
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Unter dem Begriff „Kunststoffelement“ wird im Sinne der vorliegenden Erfindung ein Bauteil verstanden, welches aus einem Kunststoff und/oder aus einem Kunststoffähnlichen Material gebildet ist. Dieses kann beispielsweise aus einer Kunststofffolie, wie beispielsweise einer Polyimid-Folie, oder einer Vergussmasse auf Epoxidharz- und/oder Acrylatbasis gebildet sein. Ferner kann das Kunststoffelement auch aus zusammensteckbaren Komponenten gebildet sein, die aus einem in der Elektrik üblichen Kunststoff, wie beispielsweise Polyphenylensulfid (PPS), Polyphthalamide (PPA), Polyetheretherketon (PEEK) und/oder Mischungen hiervon gebildet sind, bevorzugt aus einem dieser bestehen.
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Unter stoffschlüssigen Verbindungen wird im Sinne der vorliegenden Erfindung durch Verfahren realisierte Verbindungen verstanden, bei denen die Verbindungspartner durch atomare oder molekulare Kräfte zusammengehalten werden. Es sind gleichzeitig nicht lösbare Verbindungen, die sich nur durch Zerstörung der Verbindungsmittel trennen lassen. Verfahren sind hier insbesondere Kleben, Schweißen, Löten oder Vulkanisieren.
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Unter formschlüssigen Verbindungen werden im Sinne der vorliegenden Erfindung Verbindungen verstanden, bei denen ein Ineinandergreifen von mindestens zwei Verbindungspartnern realisiert ist. Dadurch können sich die Verbindungspartner auch ohne oder bei unterbrochener Kraftübertragung nicht lösen. Insbesondere kann der Formschluss dabei auch durch thermische Einwirkung oder Druck auf einen der Verbindungspartner realisiert werden, beispielsweise durch lokales Aufschmelzen, Heißverstemmen oder Fließpressen.
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Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Erfindung durch die gezeigten Ausführungsbeispiele nicht beschränkt werden soll. Insbesondere ist es, soweit nicht explizit anders dargestellt, auch möglich, Teilaspekte der in den Figuren erläuterten Sachverhalte zu extrahieren und mit anderen Bestandteilen und Erkenntnissen aus der vorliegenden Beschreibung und/oder Figuren zu kombinieren. Insbesondere ist darauf hinzuweisen, dass die Figuren und insbesondere die dargestellten Größenverhältnisse nur schematisch sind. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche Gegenstände, so dass ggf. Erläuterungen aus anderen Figuren ergänzend herangezogen werden können. Begriffe wie „radial“, „axial“ oder ähnlich beziehen sich auf die Rotationsachse der elektrischen Maschine, es sei denn, es wird explizit eine davon abweichende Referenzierung verwendet. Weiter sind aufgrund der besseren Lesbarkeit der Figuren gegebenenfalls nur einzelne oder wenige identische Elemente eines Bezugszeichens versehen.
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Es zeigt
- 1 eine Aufsicht auf ein Hochvolt-Terminal,
- 2 eine perspektivische Ansicht des Hochvolt-Terminals aus 1,
- 3 perspektivische Darstellungen einer Ausführungsform des zweiten Kunststoffkörpers des Hochvolt-Terminals aus 2,
- 4 perspektivische Darstellungen einer weiteren Ausführungsform des zweiten Kunststoffkörpers des Hochvolt-Terminals aus 2 und
- 5 eine Detailansicht des Hochvolt-Terminals aus 2.
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1 zeig eine Aufsicht auf ein Hochvolt-Terminal 1, wobei die Ansicht aus axialer Richtung erfolgt und somit in der Bildebene hinter dem Hochvolt-Terminal 1 ein Abschnitt einer Statorwicklung 5 sichtbar ist. Das Hochvoltterminal 1 ist dabei mit seiner ersten Seite zu einer Stirnseite der Statorwicklung 5 ausgerichtet. Das erste Kunststoffelement 2 beinhaltet dabei eine mehrere Öffnungen 3 umfassende erste Gruppe 7, sowie eine mehrere Öffnungen 3 umfassende zweite Gruppe 8. Die Öffnungen sind dabei von der ersten Seite des ersten Kunststoffelements 2 zu einer der ersten Seite gegenüberliegenden zweiten Seite des ersten Kunststoffelements 2 durchgängig. Radial außen sind drei Stromschienen 9 angeordnet, welche die Verbindung des Hochvolt-Terminals 1 zu einer nicht dargestellten Leistungselektronik ermöglichen. Dabei sind die Stromschienen teilweise in dem ersten Kunststoffgehäuse 2 beinhaltet und umfassen an ihrem radial innenliegenden Ende jeweils zwei Kontaktstifte 4, welche in axialer Richtung über das erste Kunststoffgehäuse 2 hinausragen und jeweils paarweise in einer Öffnung 3 der zweiten Gruppe 8 beinhaltet sind. Weiter sind in dem ersten Kunststoffelement 2 Verschaltungselemente teilweise beinhaltet, die an ihren jeweiligen Enden Kontaktstifte 4 ausbilden, die in axialer Richtung aus den Öffnungen der ersten Gruppe 7 über die zweite Seite des ersten Kunststoffelements 2 hinausragen. In jede Öffnung 3 der ersten Gruppe 7 sowie der zweiten Gruppe 8 sind Kontaktstifte 4 der Statorwicklung von der ersten Seite des ersten Kunststoffelement 2 in axialer Richtung derart eingebracht, dass die Kontaktstifte 4 auf der zweiten Seite des ersten Kunststoffelements aus den Öffnungen 3 über das erste Kunststoffelement 2 hinausragen. Die Kontaktstifte 4 der Statorwicklung sind mit den Kontaktstiften 4 der Verschaltungselemente sowie den Kontaktstiften 4 der Stromschienen 9 wirkverbunden, insbesondere durch thermische Fügeverfahren wie Schweißen stoffschlüssig kontaktiert.
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Zur Montage des Hochvolt-Terminals 1 an dem nicht dargestellten Stator sind im ersten Kunststoffelement 2 mehrere Befestigungsvorrichtungen 10 vorgesehen, die hier als runde Aussparungen zur Befestigung mittels Verschraubung ausgeführt sind. Dabei sind zwei Befestigungsvorrichtung 10 zwischen den Stromschienen 9 vorgesehen.
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2 zeigt eine perspektivische Ansicht des Hochvolt-Terminals aus 1, wobei die über die Öffnungen 3 der ersten Gruppe 7 hinausragenden Kontaktstifte 4 von einem radial innenliegenden zweiten Kunststoffelement 6 umgeben sind. Hierbei ist das zweite Kunststoffelement derart ausgebildet, eine stoffschlüssige Verbindung mit dem ersten Kunststoffelement 2 auszubilden, dass mehreren Öffnungen 3 der ersten Gruppe 7 individuell verschlossen sind. Somit ist die Wirkung von Luft- und Kriechstrecken von Kontaktstiften 4 in einer Öffnung 3 zu Kontaktstiften 4 in einer anderen Öffnung verringert.
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3 zeigt perspektivische Darstellungen einer Ausführungsform des zweiten Kunststoffkörpers des Hochvolt-Terminals aus 2, welche die erste Gruppe 7 von Öffnungen 3 verschließt. Insbesondre in 3c) ist ersichtlich, dass der zweite Kunststoffkörper mehrere individuelle, zu den einzelnen Öffnung 3 korrespondierende Deckelelemente aufweist, welche auf der Unterseite Fügebereiche 12 aufweisen. Diese Fügebereiche sind als Lippe ausgebildet und sind mit Fügebereichen 12 des ersten Kunststoffelements 2, welche als Fuge ausgebildet sind und je eine Öffnung 3 umschließen, mittels thermischer Fügeverfahren stoffschlüssig verbindbar. Das zweite Kunststoffelement 6 ist gerundet ausgebildet und folgt der Form eines Kreisbogenabschnitts in Umfangsrichtung.
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4 zeigt perspektivische Darstellungen einer weiteren Ausführungsform des zweiten Kunststoffkörpers des Hochvolt-Terminals aus 1, welche die zweiten Gruppe 8 von Öffnungen 3 verschließt. Wie auch die in 3 beschrieben Ausführungsform des zweiten Kunststoffelements weist die in 4 vorliegende Ausführungsform mehrere individuelle, zu den einzelnen Öffnung 3 korrespondierende Deckelelemente 11 auf, welche auf der Unterseite Fügebereiche 12 aufweisen. Diese Fügebereiche sind als Lippe ausgebildet und sind mit Fügebereichen 12 des ersten Kunststoffelements 2, welche als Fuge ausgebildet sind und je eine Öffnung 3 umschließen, mittels thermischer Fügeverfahren stoffschlüssig verbindbar. Das zweite Kunststoffelement 6 ist gerundet ausgebildet und folgt im Wesentlichen der Form eines Kreisbogenabschnitts in Umfangsrichtung. Die einzelnen Deckelelemente 11 sind jedoch in radialer Richtung abwechselnd gegeneinander versetzt angeordnet.
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5 zeigt eine Detailansicht des Hochvolt-Terminals aus 2. Hierbei handelt es sich um einen Axialschnittausschnitt durch eine Öffnung 3 des Hochvoltterminals 2. Die beiden Kontaktstifte 4 sind hierbei in Konstruktionslage und somit ohne explizite Darstellung einer Kontaktierung abgebildet. Ersichtlich ist der Fügebereich 12 des Deckelelements 11 des zweiten Kunststoffelements, der als Lippe ausgeführt in dem als um die Öffnung 3 umlaufende Nut ausgeführten Fügebereich 12 des ersten Kunststoffelements 2 eingesetzt ist. Auch hier ist die Konstruktionslage ohne explizite Darstellung eines ausgeführten thermischen Fügeverfahrens abgebildet. Hierdurch sind die Öffnungen 3 individuell verschlossen. Somit ist die Wirkung von Luft- und Kriechstrecken von Kontaktstiften 4 in einer Öffnung 3 zu Kontaktstiften 4 in einer anderen Öffnung verringert. Wie in 3 und 4 dargestellt, kann ein zweites Kunststoffelement dabei mehrere Deckelelemente und entsprechende Fügeelemente aufweisen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Hochvolt-Terminal
- 2
- erstes Kunststoffelement
- 3
- Öffnung
- 4
- Kontaktstifte
- 5
- Statorwicklung
- 6
- zweites Kunststoffelement
- 7
- erste Gruppe
- 8
- zweite Gruppe
- 9
- Stromschiene
- 10
- Befestigungsvorrichtung
- 11
- Deckelelemente
- 12
- Fügebereiche
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102019111825 A1 [0004]
