DE102008000124A1 - Kompressor, insbesondere elektromotorisch angetriebener Kompressor - Google Patents
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Abstract
Description
- Die Erfindung betrifft einen Kompressor, insbesondere einen elektromotorisch angetriebenen Kompressor gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
- Derartige Kompressoren finden beispielsweise Anwendung in stationären Kälteanlagen oder auch in Fahrzeugklimaanlagen.
- Elektromotorisch angetriebene Kompressoren bestehen üblicherweise aus einem Kompressortriebwerk, einem elektrischen Antriebsmotor sowie einer Steuerelektronik, die funktionsbedingt und aus Gründen der Bauraumverringerung gemeinsam als kompakte Baueinheit gefertigt sind. Der Fertigungsprozess dieser Kompressoren ist jedoch sehr komplex und aufwändig, da auf einem engen Montageraum Bauteile unterschiedlicher Funktionen elektrisch und/oder mechanisch zu verbinden sind und Baugruppen gegeneinander elektrisch isoliert und hermetisch abgedichtet werden müssen.
- Insbesondere die elektrische Verbindung zwischen den Statorspulen des Antriebsmotors und der Steuerelektronik erfordert einen hohen Montageaufwand, welcher mit zusätzlichen Montageschritten, wie beispielsweise Löten, Schweißen oder der Platzierung von Dichtelelementen, einhergeht.
- Aus der
DE 102 15 207 A1 ist ein motorgetriebener Kompressor vorbekannt, welcher einen Motor und einen Kompressionsabschnitt zur Komprimierung eines Kältemittels umfasst. Der Kompressor weist einen Eingangsanschluss für den Motor und einen Treiberschaltkreis zur Steuerung des Motors auf. Der Eingangsanschluss des Motors erstreckt sich durch eine Öffnung, die in einer Wand eines Kältemittelpfades ausgebildet ist, wodurch der Eingangsanschluss an der Wand befestigt ist und sich über die Wand hinaus erstreckt. Der Treiberschaltkreis steuert die Drehzahl des Motors und besitzt ein Ausgangsverbindungsmittel. Das Ausgangsverbindungsmittel des Treiberschaltkreises ist dabei direkt mit dem Eingangsanschluss verbunden, um den Treiberschaltkreis an der Wand zu befestigen. Diese direkte Verbindung beseitigt die Notwendigkeit für eine Drahtverbindung zwischen dem Ausgangsverbindungsmittel und dem Eingangsanschluss. Nachteilig bei dieser Erfindung ist jedoch, dass die Ausgangsverbindungsmittel unter Verwendung von zusätzlichen Schrauben mit dem Inverter des Treiberschaltkreises gesichert sind. - Aus der
DE 102 51 219 A1 ist ferner ein motorbetriebener Kompressor mit einem Gehäuse zu entnehmen, wobei das Gehäuse einen Kompressionsabschnitt zum Komprimieren eines Kältemittels, einen Motor zum Antrieb des Kompressionsabschnitts sowie eine Antriebsschaltung zur Steuerung des Motors aufweist. Ein Verbindungsbauteil, welches eine plattenförmige Gestalt besitzt, ist an einem Ende des Motors angeordnet. Das Verbindungsbauteil verbindet hierbei eine Mehrzahl von Spulen des Motors mit der Antriebsschaltung. Besonders nachteilig an dieser Erfindung ist, dass zur Anbindung des Verbindungsbauteils zusätzliche Komponenten, beispielsweise Eingriffsbauteile und Zapfen, benötigt werden. - In der
DE 10 2004 015 826 A1 ist ein Motor-Kompressor offenbart. Der Motor-Kompressor umfasst einen Elektromotor zum Antrieb einer Kompressionseinrichtung sowie ein zur Aufnahme des Motors vorgesehenes Motorgehäuse. Außerdem ist eine am Äußeren des Motorgehäuses platzierte Antriebsschaltkreisplatte mit einem Motorantriebsschaltkreis sowie ein durch das Motorgehäuse hindurchgeführter Eingabeanschluss zur Eingabe der Antriebsenergie für den Motor vorgesehen. Kennzeichnend für diese Erfindung ist, dass der Eingabeanschluss und der Ausgabeanschluss direkt miteinander in Eingriff gebracht werden und elektrisch miteinander verbunden sind. Als besonders nachteilig an dieser Erfindung ist, dass die Platzierung der Leitungsdrähte motorseitig unmittelbar am inneren Vorsprung des Eingabeanschlusses erfolgt. - Allen vorgenannten Erfindungen ist immanent, dass der Antriebsmotor mit einem außenliegenden Stator und einem als Innenläufer ausgebildeten Rotor ausgebildet ist. Der außenliegende Stator weist konstruktionsbedingt große Spulen auf, was einerseits einen höheren Materialeinsatz erfordert und andererseits mit einem höheren Gewicht der Spulen verbunden ist. Die größere Länge der Spulendrähte führt außerdem zu einem höheren elektrischen Widerstand und zu höheren ohmschen Verlusten des Stators.
- Die Aufgabe der Erfindung besteht nunmehr darin, einen Kompressor, insbesondere einen elektromotorisch angetriebenen Kompressor, vorzuschlagen, der effizienter ausgebildet ist und im Hinblick auf die Verbindung zwischen der Steuerschaltung und dem Stator des Elektromotors einfacher zu fertigen ist.
- Diese Erfindung wird durch einen Kompressor, insbesondere einen elektromotorisch angetriebenen Kompressor, gelöst, der zumindest ein Kompressortriebwerk zum Ansaugen und Komprimieren eines Kältemittels, einen in einem Motorgehäuse platzierten Elektromotor zum Antrieb des Kompressortriebwerks sowie eine Steuerschaltung für den Elektromotor umfasst. Erfindungsgemäß besteht der Elektromotor aus einem Stator mit Stator-Anschlussplatte sowie einem Rotor, wobei die zur Innenseite des Motorgehäuses weisende Stator-Anschlussplatte als auch die auf der Außenseite des Motorgehäuses platzierte Steuerschaltung jeweils Steckkontakthülsen aufweisen, die mit komplementären, das Motorgehäuse durchdringenden, elektrisch leitfähigen Steckkontaktstiften unter Ausbildung eines Axialspiels miteinander in Eingriff stehen.
- Vorzugsweise ist dabei der Stator als innenliegender Stator ausgebildet, welcher von dem als Außenläufer ausgebildeten Rotor, vorzugsweise ringförmig, umgeben ist.
- Der wesentliche Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass sich die Montage des Kompressors wesentlich vereinfacht, da eine elektrisch leitfähige Verbindung zwischen den Spulendrähten des Stators und der Steuerschaltung des Motors durch ein einfaches mechanisches Zusammenfügen der Steckkontakthülsen der Stator-Anschlussplatte und der Steckkontakthülsen der Steuerschaltung mit den beidseitig aus dem Motorgehäuse hinausragenden Steckkontaktstiften hergestellt werden kann. Ein Verlöten oder Verschweißen der elektrischen Bauteile ist nicht mehr erforderlich. Bezüglich der elektrischen Verbindung zwischen den Steckkontakthülsen der Stator-Anschlussplatte und den Steckkontaktstiften des Motorgehäuses müssen außerdem keine zusätzlichen Dichtelemente mehr montiert werden.
- Zum Zwecke einer ausreichenden elektrischen Isolierung und hermetischen Abdichtung der innerhalb des Motorgehäuses platzierten Steckkontaktstifte werden vorzugsweise Glashülsen oder andere elektrisch nicht leitfähige Hülsen verwendet.
- Dadurch, dass der Stator vorzugsweise innenliegend, respektive als Innenläufer, ausgebildet ist, kann dieser ohne große Spulen gefertigt werden, wobei die kürzere Länge der Spulendrähte in vorteilhafter Weise zu einem geringeren elektrischen Widerstand und letztlich zu einer geringeren ohmschen Verlustleistung führt.
- Der den Stator ringförmig umschließende Rotor ist aus einem Magnetring und einem glockenförmigen magnetischen Rückschlussring aufgebaut. Der Vorteil hierbei besteht darin, dass der Rotor einfacher zu fertigen ist, wobei sich der Magnetring ohne Kostenmehraufwand mit einer höheren Polzahl als 6, z. B. 10, versehen lässt. Infolgedessen kann der magnetische Rückschlussring in seiner Dicke reduziert werden.
- Zur Verringerung des Nutungsmoments kann der Elektromotor mit einem gebrochenzahligen Nut/Pol-Verhältnis, beispielsweise mit 12 Nuten des Stators und 10 Polen des Rotors, ausgebildet werden. Dadurch können sehr gute Gleichlaufeigenschaften des Motors erzielt werden. Eine weitere Verbesserung des Gleichlaufs des Motors konnte dadurch erzielt werden, dass der Rotor als Außenläufer ausgebildet ist, der gegenüber einem als Innenläufer ausgebildeten Rotor ein höheres Trägheitsmoment aufweist.
- Die Steckkontaktstifte sind vorzugsweise derart durch das Motorgehäuse geführt, dass hierdurch die Halbbrücke zur Schaltung der jeweiligen Phase räumlich nahe dem jeweiligen Steckkontaktstift für diese Phase positioniert ist. Durch diese räumliche Nähe werden die elektromagnetische Abstrahlung der Halbbrückenschaltung sowie – bedingt durch die kurze Anbindung – auch die ohmsche Verlustleistung reduziert.
- Die Stator-Anschlussplatte umfasst erfindungsgemäß mehrere elektrisch leitfähige Bereiche, die räumlich zueinander angeordnet sind. Zur Fertigung einer derartigen Stator-Anschlussplatte wird vorzugsweise ein Stanzgitter verwendet, welches elektrisch leitfähige und voneinander abgegrenzte Bereiche aufweist. Ferner weist jeder dieser Bereiche vorzugsweise eine oder mehrere Öffnungen auf, in denen Steckkontakthülsen platziert sind. Alternativ kann die Ausformung der Steckkontakthülsen auch im Rahmen des Stanzens der Stator-Anschlussplatte erfolgen, so dass die Steckkontakthülsen ein integrales Bauteil der Stator-Anschlussplatte bildet. Die Steckkontakthülsen der Stator-Anschlussplatte sind entweder in einem Winkel von 120° oder in einem Winkel von 60° zueinander platziert.
- Die Verbindung zwischen den Enden der Spulendrähte des Stators und der Stator-Anschlussplatte kann durch eine Schneid-Klemm-Verbindung, durch Verschweißen oder durch Verlöten erfolgen.
- Die Spulendrähte des Stators können derart mit der Stator-Anschlussplatte verbunden sein, dass bevorzugt ein Sternpunkt der drei Phasenwicklungen entsteht. Dem Erfindungsgedanken steht auch nicht entgegen, wenn die Spule mehr als drei Phasenwicklungen aufweist.
- Bei einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind zwei oder mehrere parallel gewickelte Spulendrähte des Stators durch zumindest eine Schneid-Klemm-Verbindung mit der Stator-Anschlussplatte verbunden.
- Die erwähnte Steuerschaltung ist üblicherweise als ein- oder mehrteilige Leiterplatte ausgebildet, wobei zum Zwecke einer Funktionstrennung in der Praxis zwei dieser Leiterplatten, nämlich eine Leistungsplatine und eine Steuerungsplatine, eingesetzt werden. Die Steuerschaltung weist ebenso wie die Stator-Anschlussplatte Steckkontakthülsen auf, die in entsprechenden Öffnungen der Leiterplatte platziert oder ausgeformt sind. Die Steckkontakthülsen ihrerseits sind elektrisch mit der Leiterplatte verbunden.
- Die Steckkontaktstifte und die komplementären Steckkontakthülsen sind vollständig aus einem elektrisch gut leitfähigen Material, beispielsweise aus Kupfer, gefertigt oder sind mit einer Oberflächenbeschichtung aus Silber versehen. Der Querschnitt der Steckkontaktstifte ist dabei vorzugsweise rund.
- Der erfindungsgemäße Kompressor kann sowohl in stationären Anlagen, beispielsweise Kälteanlagen, oder auch in Fahrzeugklimaanlagen eingesetzt werden.
- Die signifikanten Vorteile und Merkmale der Erfindung gegenüber dem Stand der Technik sind im Wesentlichen:
- • einfache Montagemöglichkeit des Kompressors, respektive die elektrische Verbindung zwischen der Steuereinheit und der Stator-Anschlussplatte ohne Schrauben durch Verwendung von Steckkontakthülsen und komplementären Steckkontaktstiften,
- • Ausbildung einer betriebssicheren elektrischen Verbindung zwischen den stromführenden Bauteilen durch Flächenkontakt der zu verbindenden Bauteile,
- • der innenliegende Stator kann kostengünstig ohne raumgreifende Spulen gefertigt werden, was zusätzlich zur Verringerung des elektrischen Widerstandes und der ohmschen Verlustleistung führt,
- • der Magnetring des Rotors kann besonders einfach gefertigt werden, wodurch dieser ohne Kostenmehraufwand mit einer höheren Polzahl bestückt werden kann und
- • unter Verwendung eines gebrochenzahligen Nut/Pol-Verhältnises kann das Nutungsmoment reduziert und die Gleichlaufeigenschaften des Elektromotors gleichzeitig erhöht werden.
- Die Ziele und Vorteile dieser Erfindung sind nach sorgfältigem Studium der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung der hier bevorzugten, nicht einschränkenden Beispielausgestaltungen der Erfindung mit den zugehörigen Zeichnungen besser zu verstehen und zu bewerten, von denen zeigen:
-
1 : Schnittdarstellung des Kompressors, -
2 : perspektivische Darstellung des Stators des Elektromotors, -
3 : perspektivische Darstellung des Stators des Elektromotors sowie der Steuerschaltung und -
4 : perspektivische Detaildarstellung der Stator-Anschlussplatte. - Die
1 illustriert eine perspektivische Schnittdarstellung eines erfindungsgemäßen Kompressors1 , welcher als wesentliche Bauteile einen in einem Gehäuse2.1 platzierten Elektromotor2 und ein mittels einer in einem Radiallager11 gelagerten Welle12 durch diesen angetriebenes Kompressortriebwerk3 umfasst. Der als Außenläufer ausgebildete Rotor6 des Elektromotors2 besteht aus einem Magnetring6.1 und einem glockenförmigen magnetischen Rückschlussring6.2 . Der Stator4 des Elektromotors2 ist hierbei innenliegend ausgebildet. An der Außenseite2.3 des Gehäuses2.1 des Elektromotors2 ist eine Steuerschaltung7 angeordnet, die eine Leistungsplatine7.1 und eine Steuerungsplatine7.2 umfasst. Diese Steuerschaltung7 dient zum Antrieb und zur Steuerung des Elektromotors2 und damit zum Antrieb des Kompressortriebwerks3 . Die Steuerschaltung7 weist mehrere, vorzugsweise drei, in der3 gezeigten Steckkontakthülsen8 auf, die im Eingriff mit komplementären, das Gehäuse2.1 des Elektromotors2 durchdringenden Steckkontaktstiften10 stehen. - Die
2 zeigt eine perspektivische Darstellung des Stators4 des Elektromotors2 . Wie ersichtlich, ist auf einer Stirnseite des Stators4 des Elektromotors2 eine als Stanzgitter ausgebildete Stator-Anschlussplatte5 platziert, die drei Steckkontakthülsen9 und drei Koppelstellen5.2 zum Anschluss der Phasen des Stators4 umfasst. Die Steckkontakthülsen9 greifen ebenso wie die Steckkontakthülsen8 der Steuerschaltung7 in die das Gehäuse2.1 des Elektromotors2 durchdringenden Steckkontaktstifte10 gemäß3 ein. Die Steckkontakthülsen9 der Stator-Anschlussplatte sind mit einem Kunststoff umspritzt. Eine Detaildarstellung der Stator-Anschlussplatte5 ist der4 zu entnehmen. - Der
3 ist eine perspektivische Darstellung des Stators4 des Elektromotors2 sowie der Steuerschaltung7 im Montagezustand zu entnehmen. Die elektrische Verbindung zwischen der Steuerschaltung7 , respektive der Leistungsplatine7.1 und der Steuerungsplatine7.2 , und den Phasen des Elektromotors2 erfolgt durch die auf der Steuerschaltung7 platzierten Steckkontakthülsen8 über die das Gehäuse2.1 des Elektromotors2 durchdringenden und dort abgedichteten Steckkontaktstifte10 bis zu den Steckkontakthülsen9 der Stator-Anschlussplatte5 . Die Steckkontakthülsen8 der Steuerschaltung7 sind dabei elektrisch mit den auf der Steuerschaltung7 platzierten, aber nicht dargestellten Leiterbahnen und (Halbleiter)-Schaltelementen verbunden. Unter Verwendung der auf der Stator-Anschlussplatte5 angeordneten Koppelstellen5.2 erfolgt eine elektrische Verbindung mit den Phasenwicklungen des Stators4 des Elektromotors2 . - Die
4 zeigt eine perspektivische Detaildarstellung der an der zur Innenseite2.2 des Gehäuses2.1 des Elektromotors2 weisenden Stirnseite des Stators4 befestigten Stator-Anschlussplatte5 . Die Stator-Anschlussplatte5 ist als ein im Wesentlichen ringförmiges und elektrisch leitfähiges Stanzgitter ausgebildet und weist drei in einem Winkel von 120° zueinander angeordnete Steckkontakthülsen9 auf, denen jeweils eine Koppelstelle5.2 für den Phasenanschluss jeweils einer Phase des Stators4 zugeordnet ist. Die Koppelstellen5.2 erstrecken sich dabei parallel zur Längserstreckung der Steckkontakthülsen9 der Stator-Anschlussplatte5 und weisen an ihren Endbereichen einen Schlitz5.3 als Arretierung für die Spulendrähte des Stators4 auf. Außerdem umfasst die Stator-Anschlussplatte5 drei in einem Winkel von 120° zueinander angeordnete Sternanschlüsse5.1 , die in einer Sternschaltung miteinander verschaltet, respektive miteinander elektrisch verbunden, sind. Die Sternanschlüsse5.1 und die Koppelstellen5.2 weisen im dargestellten Beispiel nach unten, während die Steckkontakthülsen9 der Stator-Anschlussplatte5 nach oben weisen. Im Montagezustand der Stator-Anschlussplatte5 erstrecken sich die Steckkontakthülsen9 in Richtung der Innenseite2.2 des Gehäuses2.1 des Elektromotors2 und stehen dabei mit den in der3 dargestellten Steckkontaktstiften10 des Gehäuses2.1 des Elektromotors2 in Eingriff. Die Sternanschlüsse5.1 und die Steckkontakthülsen9 der Stator-Anschlussplatte5 sind alternierend auf der Stator-Anschlussplatte5 angeordnet, und zwar in einem Winkelabstand von 60° zueinander. Die Stator-Anschlussplatte kann entgegen der Darstellung nach4 auch mit einem Kunststoff umspritzt sein, wobei die Sternanschlüsse5.1 , die Koppelstellen5.2 und die Steckkontakthülsen9 der Stator-Anschlussplatte5 elektrisch leitfähig erhalten bleiben. -
- 1
- Kompressor
- 2
- Elektromotor
- 2.1
- Motorgehäuse
- 2.2
- Innenseite des Gehäuses
- 2.3
- Außenseite des Gehäuses
- 3
- Kompressortriebwerk
- 4
- Stator
- 5
- Stator-Anschlussplatte
- 5.1
- Sternanschluss
- 5.2
- Koppelstelle
- 5.3
- Schlitz
- 6
- Rotor
- 6.1
- Magnetring
- 6.2
- Rückschlussring
- 7
- Steuerschaltung
- 7.1
- Leistungsplatine
- 7.2
- Steuerungsplatine
- 8
- Steckkontakthülse
der Steuerschaltung
7 - 9
- Steckkontakthülse
der Stator-Anschlussplatte
5 - 10
- Steckkontaktstift
- 11
- Radiallager
- 12
- Welle
- ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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- Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 10215207 A1 [0005]
- - DE 10251219 A1 [0006]
- - DE 102004015826 A1 [0007]
Claims (13)
- Kompressor (
1 ), insbesondere ein elektromotorisch angetriebener Kompressor (1 ), zumindest umfassend ein Kompressortriebwerk (3 ) zum Ansaugen und Komprimieren eines Kältemittels, einen in einem Motorgehäuse (2.1 ) platzierten Elektromotor (2 ) zum Antrieb des Kompressortriebwerks (3 ) sowie eine Steuerschaltung (7 ) für den Elektromotor (2 ), dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (2 ) aus einem Stator (4 ) mit Stator-Anschlussplatte (5 ) sowie einem Rotor (6 ) besteht, wobei die zur Innenseite (2.2 ) des Motorgehäuses (2.1 ) weisende Stator-Anschlussplatte (5 ) und die auf der Außenseite (2.3 ) des Motorgehäuses (2.1 ) platzierte Steuerschaltung (7 ) jeweils Steckkontakthülsen (8 ,9 ) aufweisen, die mit komplementären, das Motorgehäuse (2.1 ) durchdringenden, elektrisch leitfähigen Steckkontaktstiften (10 ) unter Ausbildung eines Axialspiels miteinander in Eingriff stehen. - Kompressor (
1 ) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (4 ) als innenliegender Stator (4 ) ausgebildet ist, welcher von dem als Außenläufer ausgebildeten Rotor (6 ) umgeben ist. - Kompressor (
1 ) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steckkontaktstifte (10 ) unter Verwendung von Glashülsen elektrisch isoliert und hermetisch abgedichtet durch das Motorgehäuse (2.1 ) geführt sind. - Kompressor (
1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Steckkontaktstifte (10 ) derart durch das Motorgehäuse (2.1 ) geführt sind, dass hierdurch die Halbbrücke zur Schaltung der jeweiligen Phase räumlich nahe dem jeweiligen Steckkontaktstift (10 ) für diese Phase positioniert ist. - Kompressor (
1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (6 ) aus einem Magnetring (6.1 ) und einem glockenförmigen magnetischen Rückschlussring (6.2 ) aufgebaut ist. - Kompressor (
1 ) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetring (6.1 ) eine Polanzahl aufweist, die gleich oder größer als sechs ist. - Kompressor (
1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zum Zwecke der Verringerung des Nutungsmoments der Elektromotor (2 ) ein gebrochenzahliges Nut/Pol-Verhältnis aufweist. - Kompressor (
1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Stator-Anschlussplatte (5 ) als ein im Wesentlichen ringförmig ausgebildetes Stanzgitter ausgebildet ist. - Kompressor (
1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Steckkontakthülsen (9 ) der Stator-Anschlussplatte (5 ) entweder in einem Winkel von 120° oder in einem Winkel von 60° zueinander platziert sind. - Kompressor (
1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Stator-Anschlussplatte (5 ) mehrere elektrisch leitfähige Bereiche umfasst, die räumlich zueinander angeordnet sind. - Kompressor (
1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung zwischen den Spulendrähten des Stators (4 ) und der Stator-Anschlussplatte (5 ) als Schneid-Klemm-Verbindung ausgebildet ist. - Kompressor (
1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Spulendrähte des Stators (4 ) derart mit der Stator-Anschlussplatte (5 ) verbunden sind, dass ein Sternpunkt der drei Phasenwicklungen entsteht. - Kompressor (
1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass zwei oder mehrere parallel gewickelte Spulendrähte des Stators (4 ) durch zumindest eine Schneid-Klemm-Verbindung mit der Stator-Anschlussplatte (5 ) verbunden sind.
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