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Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Verbindungsanordnung zur Verbindung von elektrischen Leitern nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
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Stand der Technik
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In der
US 2009/0133927 A1 wird eine elektrische Verbindungsanordnung zur Verbindung eines Aluminiumleiters mit einem Kupferleiter beschrieben. Die von ihrer Schutzumhüllung befreiten Leiterenden werden parallel liegend in ein U-förmiges, elektrisch leitendes Verbindungselement eingesetzt, dessen Seitenwände anschließend nach innen umgebogen werden, wodurch eine Presskraft auf die Leiterenden ausgeübt wird. Diese sind innerhalb der Ummantelung durch das Verbindungselement verformt, wodurch die Kontaktfläche zwischen den Leiterenden vergrößert wird. Die Stirnkanten der umgebogenen Seitenwände des Verbindungselementes dringen in das Material eines Leiterendes ein und drücken dieses Leiterende gegen das darunter liegende Leiterende des zweiten Leiters.
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Offenbarung der Erfindung
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Die erfindungsgemäße elektrische Verbindungsanordnung wird zur Verbindung von elektrischen Leitern eingesetzt, indem die bevorzugt parallelen Leiterenden von mindestens zwei Leitern von unterschiedlichen oder gleichen Seiten kommend in einem elektrisch leitenden Verbindungselement der Verbindungsanordnung eingesetzt werden und von dem Verbindungselement mit einer Klemmkraft beaufschlagt werden. Diese Klemmkraft ist ausreichend, eine dauerhafte, mechanisch belastbare Verbindung zwischen den Leiterenden zu schaffen, wobei zugleich ein elektrisch leitender Übergang zwischen den Leiterenden gegeben ist. Das Verbindungselement nimmt die beiden Leiterenden auf, wobei zugleich mindestens eine Seitenwand des Verbindungselements die Leiterenden voneinander separiert.
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Diese Ausführung hat den Vorteil, dass kein direkter Kontakt zwischen den Leiterenden der zu verbindenden elektrischen Leiter besteht. Die elektrische Verbindung wird über das Verbindungselement hergestellt, das aus einem elektrisch leitenden Material gefertigt ist. Die Leiterenden sind durch die Seitenwand des Verbindungselementes getrennt, wodurch eine galvanische Korrosion zwischen den Leiterenden vermieden wird.
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Die Verbindungsanordnung kann in einfacher Weise hergestellt werden, indem beispielsweise ein im Ausgangszustand U-förmiges Verbindungselement verwendet wird, in das die Leiterenden eingesetzt werden. Anschließend wird mindestens eine Seitenwand des Verbindungselementes, welche die U-Wand bildet, umgebogen, wodurch ein Leiterende oder zwei bzw. sämtliche Leiterenden in dem Verbindungselement festgeklemmt werden. Diese Seitenwand separiert zugleich die Leiterenden voneinander und verhindert den unmittelbaren Kontakt und damit die galvanische Korrosion. Indem ein oder sämtliche Leiterenden innerhalb des Verbindungselementes festgeklemmt werden, ist einerseits eine feste mechanische Verbindung der Leiterenden zum Verbindungselement gegeben und andererseits ein elektrisch leitender Kontakt zwischen den Leiterenden und dem Verbindungselement gewährleistet, so dass ein Stromfluss zwischen den Leiterenden möglich ist. Das Verbindungselement sorgt zudem für einen Schutz der Leiterenden gegenüber der Umgebung.
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Die elektrische Verbindungsanordnung eignet sich für die Verbindung entweder von genau zwei Leiterenden, die von gleichen oder gegenüberliegenden Seiten in das Verbindungselement geführt werden, oder von mehr als zwei Leiterenden, beispielsweise drei Leiterenden, indem zwei Leiterenden zusammengefasst und mit dem dritten Leiterende verbunden werden. Zusammengefasste Leiterenden können unmittelbar auf Kontakt zueinander liegen. Die Seitenwand des Verbindungselementes separiert diese Leiterenden von dem oder den Leiterenden, zu denen die Verbindung über das Verbindungselement hergestellt wird.
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Insbesondere bei einem im Ausgangszustand U-förmigen Verbindungselement ist es zweckmäßig, nach dem Einführen der Leiterenden von gegenüberliegenden Seiten in den Aufnahmeraum des Verbindungselementes beide Seitenwände der U-Form nach innen umzubiegen. Das Verbindungselement besteht aus einem plastisch verformbaren Material, das zugleich elektrisch leitend ist, insbesondere aus Metall. Indem beide Seitenwände umgebogen werden, können die Leiterenden von zwei verschiedenen Seiten im Verbindungselement festgeklemmt werden. Es ist insbesondere möglich, über die erste und die zweite Seitenwand jeweils ein Leiterende oder eine Gruppe zusammengehörender Leiterenden im Verbindungselement festzuklemmen. Zugleich wird die gewünschte Separierung der verschiedenen Leiterenden über die beiden Seitenwände des Verbindungselementes erreicht.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführung liegt mindestens eine Seitenwand des Verbindungselementes zwischen den Leiterenden. Bei der Herstellung der Verbindungsanordnung wird diese Seitenwand umgebogen, bis die Stirnkante der Seitenwand am Boden des vorzugsweise im Ausgangszustand U-förmig ausgebildeten Verbindungselementes anliegt, wobei die verschiedenen Leiterenden auf gegenüberliegenden Wandseiten der Seitenwand angeordnet sind. Es kann zweckmäßig sein, beide Seitenwände des im Ausgangszustand U-förmigen Verbindungselementes nach innen umzubiegen, so dass beide Seitenwände zwischen den Leiterenden angeordnet sind und mit ihrer Stirnkante den Boden des Verbindungselements berühren.
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Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausführung liegt eine Seitenwand mit ihrer Stirnkante auf einem Leiterende auf. Dieses Leiterende wird von der Stirnkante der Seitenwand festgeklemmt und gegen den Boden des Verbindungselements gedrückt, zugleich kann das weitere, parallel liegende Leiterende auf Abstand gehalten werden. Auch in dieser Ausführung kann es zweckmäßig sein, dass beide Seitenwände des im Ausgangszustand U-förmigen Verbindungselementes nach innen umgebogen werden, wobei die Stirnkante jeder Seitenwand auf jeweils einem Leiterende liegt und dieses gegen den Boden des Verbindungselements drückt und festklemmt. Diese Ausführung eignet sich insbesondere für den Fall, dass zwei außen liegende Leiterenden von einer ersten Seite in das Verbindungselement geführt sind und ein in der Mitte liegendes Leiterende von der gleichen oder der gegenüberliegenden Seite in das Verbindungselement geführt ist, das von den Stirnkanten der Seitenwände festgeklemmt wird, wohingegen die außen liegenden Leiterenden sich in einem von den umgebogenen Seitenwänden gebildeten Hohlraum befinden. Auch diese außen liegenden Seitenwände können von der umgebogenen Seitenwand jeweils festgeklemmt sein.
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Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausführung, die sich auf die zwischen den Leiterenden liegenden Seitenwände bezieht, bilden diese im umgebogenen Zustand jeweils einen Hohlraum zur Aufnahme eines oder mehrerer Leiterenden. Auch in dieser Ausführung werden die Leiterenden vorteilhafterweise von der umgebogenen Seitenwand festgeklemmt und zugleich von den weiteren Leiterenden separiert.
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Gemäß noch einer weiteren zweckmäßigen Ausführung sind in die Innenseite der Seitenwand des Verbindungselementes eine oder mehrere Kerben eingebracht. Diese Kerben stehen über die Innenseite hervor und graben sich im montierten Zustand in die Leiterenden ein, wodurch zum einen eine bessere mechanische Verbindung zwischen den Leiterenden und dem Verbindungselement gegeben ist und zum andern der elektrische Kontakt zwischen den Leiterenden und dem Verbindungselement verbessert wird. Vorteilhafterweise verläuft die Kerbe bzw. die Kerben quer zur Längsrichtung der Leiterenden in dem Verbindungselement. Über die Länge des Verbindungselementes können mehrere parallel verlaufende Kerben an der Innenseite der Seitenwand angeordnet sein. Die Kerbe bzw. Kerben können sich, bei U-förmigen Ausgangszustand des Verbindungselementes, über die Innenseite beider Seitenwände sowie den innen liegenden Boden der U-Form erstrecken.
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Gemäß noch einer weiteren zweckmäßigen Ausführung ist ein Teil oder sind sämtliche Leiterenden innerhalb des Verbindungselementes von einer Isolierschicht überzogen, beispielsweise einer isolierenden Lackschicht. Insbesondere in der Ausführung des Verbindungselementes mit an der Innenseite angeordneten Kerben durchdringen diese die Lackschicht und stellen die elektrische Verbindung zu den Leiterenden her. Es ist aber auch möglich, die Leiterenden ohne Isolierschicht in das Verbindungselement einzuführen und dort festzuklemmen.
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Gemäß noch einer weiteren zweckmäßigen Ausführung bestehen die zu verbindenden Leiter aus unterschiedlichen Materialien, beispielsweise aus Kupfer und aus Aluminium, wobei über die Verbindungsanordnung die Leiterenden innerhalb des Verbindungselementes auf Abstand gehalten werden und eine galvanische Korrosion vermieden wird.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführung sind die zu verbindenden Leitungsenden von gegenüberliegenden Seiten in das Verbindungselement hineingeführt. Es ist aber möglich, die Leitungsenden von der gleichen Seite in das Verbindungselement hineinzuführen.
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Gemäß noch einer weiteren vorteilhaften Ausführung ragen die Leitungsenden über das Verbindungselement hinaus. Es kann zweckmäßig sein, dass der überstehende Endabschnitt des Leitungsendes über eine Mindeststrecke über das Verbindungselement hinausragt, beispielsweise mindestens 3 mm. Des Weiteren kann es vorteilhaft sein, dass der überstehende Endabschnitt nur bis zu einem Maximalbetrag über das Verbindungselement hinausragt, beispielsweise maximal 15 mm. Des Weiteren ist es möglich, bei zu verbindenden Leitungsenden, die aus unterschiedlichen Materialien bestehen, entweder einen gleichen oder einen sich unterscheidenden Überstand über das Verbindungselement hinaus vorzusehen.
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Das Verbindungselement besteht aus einem elektrisch leitenden Material, insbesondere Metall. Das Verbindungselement kann verzinnt ausgeführt sein.
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Die elektrische Verbindungsanordnung wird beispielsweise zur Verbindung der Wicklungsenden von Statorwicklungen eines Stators mit einer elektrischen Einrichtung eingesetzt. Der Stator ist Teil einer elektrischen Maschine, beispielsweise eines Generators, die elektrische Einrichtung ist beispielsweise ein dem Generator nachgeschalteter Gleichrichter.
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Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen:
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1 in perspektivischer Ansicht die Verbindung zwischen den Wicklungsenden einer Statorwicklung und einer nachgeschalteten elektrischen Einrichtung, wobei die Statorwicklungen aus Aluminium sowie der Anschluss der elektrischen Einrichtung aus Kupfer bestehen und die Enden der Statorwicklung über eine Verbindungsanordnung mit dem Anschluss der elektrischen Einrichtung verbunden sind,
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2 eine Ausführungsvariante der Verbindung zwischen den Wicklungsenden der elektrischen Einrichtung,
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3 in Draufsicht ein Verbindungselement der Verbindungsanordnung,
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4 das Verbindungselement in Seitenansicht,
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5 eine Verbindungsanordnung mit dem Verbindungselement gemäß den 3 und 4 und Leiterenden, die mechanisch und elektrisch miteinander verbunden werden,
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6 die Verbindungsanordnung mit umgebogenen Seitenwänden des Verbindungselementes zur Separierung der Leiterenden,
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7, 8 eine elektrische Verbindungsanordnung in einer Ausführungsvariante,
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9, 10 eine elektrische Verbindungsanordnung in einer weiteren Ausführungsvariante,
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11 in perspektivischer Ansicht ein Stator mit axial herausgeführten Leiterenden der Statorwicklungen,
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12 eine Ausschnittvergrößerung eines Wicklungsendes,
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13 in schematischer Darstellung die Verbindung zwischen den Leiterenden der Statorwicklungen und der nachgeordneten elektrischen Einrichtung wie beispielsweise einem Gleichrichter.
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In den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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In 1 ist ein Ausführungsbeispiel für den Einsatz einer Verbindungsanordnung 3 zur Verbindung des Wicklungsdrahtes eines teilweise dargestellten Stators 1 einer elektrischen Maschine mit einer elektrischen Einrichtung 2, beispielsweise einem Gleichrichter dargestellt. Die Verbindungsanordnung 3 verbindet die Leiterenden 4a der Statorwicklungen 4 mit einem Leiterende 5a eines Zwischenleiters 5, der auf der den Leiterenden 4a gegenüberliegenden Seite mit einer Leiterschleife 6 der elektrischen Einrichtung 2 verbunden ist. Die Wicklungen 4 bestehen beispielsweise aus Aluminium, der Zwischenleiter 5 sowie die Leiterschleife 6 bestehen aus Kupfer.
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Über die Verbindungsanordnung 3 kann somit eine elektrisch leitende Verbindung zwischen den aus Aluminium bestehenden Leitern 4 der Statorwicklungen und der aus Kupfer bestehenden Leiterschleife 6 der elektrischen Einrichtung 2 hergestellt werden, wobei die Verbindung zwischen dem Zwischenleiter 5, der ebenfalls aus Kupfer besteht und der Leiterschleife 6 in einer an sich bekannten Weise durch Zusammenpressen der Schleife 6 und anschließendem Elektrodenschweißen erfolgt.
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Über die Verbindungsanordnung 3 ist dagegen eine mechanische und eine elektrische Verbindung zwischen den Leiterenden 4a aus Aluminium und den Leiterenden 5a aus Kupfer möglich, wobei die Verbindungsanordnung 3 in der Weise ausgeführt ist, dass eine galvanische Korrosion zwischen den aus verschiedenen Materialien bestehenden Leiterenden 4a, 5a vermieden wird. Die Verbindungsanordnung 3 umfasst ein Verbindungselement 7, das die beiden Leiterenden 4a, 5a umgreift und mechanisch sowie elektrisch verbindet. In den 3 und 4 ist das Verbindungselement 7 in Einzeldarstellung und in den 5 bis 10 als Teil der Verbindungsanordnung 3 gemeinsam mit den Leiterenden dargestellt ist.
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In 1 sind die Leiterenden 4a und 5a von unterschiedlichen Seiten in das eine Hülse bildende Verbindungselement 7 hineingeführt und ragen auf der gegenüberliegenden Seite aus dem Verbindungselement 7 hinaus.
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In 2 ist eine Ausführungsvariante der Verbindung der Wicklungen 4 des Stators mit der elektrischen Einrichtung 2 dargestellt, bei der an der elektrischen Einrichtung 2 ein leitungsförmiger Anschluss 6 angeordnet ist, dessen Leiterende 6a mit zwei Leiterenden 4a der Statorwicklung über das Verbindungselement 7 verbunden ist und gemeinsam mit den Leiterenden 4a eine Verbindungsanordnung 3 bildet. Sämtliche Leiterenden 4a, 6a sind über die gleiche Seite in das Verbindungselement 7 hineingeführt und ragen auf der gegenüberliegenden Seite aus dem Verbindungselement hinaus. Die Leiter 4 der Statorwicklungen bestehen aus Aluminium, der Leiter 6 der elektrischen Einrichtung 2 aus Kupfer.
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In den Ausführungsbeispielen ist das Verbindungselement 7 aus einem elektrisch leitfähigen Material gefertigt, insbesondere aus einem verzinnten Metall.
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In den 3 und 4 ist das Verbindungselement 7 in Einzeldarstellung gezeigt. Im Ausgangszustand weist das Verbindungselement 7 U-Form mit Seitenwänden 8, 9 und einem die Seitenwände 8, 9 verbindenden Boden 10 auf. Das Material des Verbindungselementes 7 ist plastisch verformbar, so dass nach dem Einsetzen der elektrischen Leiter die Seitenwände 8 und 9 nach innen gebogen werden können, um die Leiter festzuklemmen.
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An der Innenseite der Seitenwände 8 und 9 sowie des Bodens 10 befinden sich Kerben 11, die bezogen auf die Längserstreckung der Seitenwände 8 und 9 orthogonal verlaufen. Über die Länge des Verbindungselementes 7 ist eine Mehrzahl von Kerben 11 eingebracht. Die Kerben 11 haben die Aufgabe, sich im montierten Zustand in die Leiterenden einzugraben und insbesondere eine isolierende Lackschicht an den Leiterenden zu durchdringen, so dass der mechanische sowie elektrische Kontakt zwischen dem Verbindungselement 7 und den Leiterenden verbessert ist.
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In den 5 und 6 ist ein erstes Ausführungsbeispiel einer Verbindungsanordnung 3 mit dem Verbindungselement 7, das gemäß den 3 und 4 aufgebaut ist, und Leiterenden 4a und 5a dargestellt. Die Leiterenden 4a und 5a sind von unterschiedlichen Seiten in das Verbindungselement 7 hineingeführt. Es sind zwei Leiterenden 4a vorhanden, die aus Aluminium bestehen und mit einem einzelnen Leiterende 5a verbunden werden, das aus Kupfer gefertigt ist. Sowohl die Aluminium-Leiterenden 4a als auch das Leiterende 5a stehen über das Verbindungselement 7 über, jedoch auf gegenüberliegenden Seiten des Verbindungselementes 7.
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Nach dem Ein- bzw. Hindurchführen der Leiterenden 4a, 5a in das bzw. durch das Verbindungselement 7 werden die Seitenwände 8, 9 des Verbindungselementes, wie in 6 dargestellt, nach innen umgebogen, so dass die Stirnkante jeder Seitenwand 8, 9 am Boden 10 des Verbindungselementes anliegt und die beiden Leiterenden 4a einerseits und das Leiterende 5a andererseits voneinander separiert sind. Die umgebogenen Seitenwände 8, 9 bilden Hohlräume zur Aufnahme der Leiterenden 4a, 5a bei physischer Separierung der Leiterenden voneinander, wobei über das Verbindungselement 7 ein elektrisch leitender Kontakt von den Leitungsenden 4a auf das Verbindungselement 7 und weiter vom Verbindungselement 7 auf das Leiterende 5a gegeben ist.
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In den 7 und 8 ist ein Ausführungsbeispiel der Verbindungsanordnung 3 dargestellt, bei der das Verbindungselement 7 grundsätzlich den gleichen Aufbau wie beim vorhergehenden Ausführungsbeispiel aufweist, jedoch die beiden ersten, aus Aluminium bestehenden Leiterenden 4a außen und das weitere, aus Kupfer bestehende Leiterende 5a zwischenliegend zwischen den Aluminium-Leiterenden 4a angeordnet ist. Sämtliche Leiterenden 4a, 5a verlaufen wie auch bei den anderen Ausführungsbeispielen parallel zueinander. Die Seitenwände 8 und 9 des Verbindungselementes 7 werden nach innen umgebogen, wobei die Stirnkante beider Seitenwände 8, 9 auf dem Kupfer-Leiterende 5a aufliegt und dieses gegen den Boden des Verbindungselementes 7 festklemmt. Zugleich sind die beiden außen liegenden Aluminium-Leiterenden 4a in den Hohlräumen, gebildet durch die umgebogenen Seitenwände 8, 9 aufgenommen und in diesen festgeklemmt, so dass einerseits eine feste mechanische Verbindung zwischen allen Leiterenden 4a, 5a und dem Verbindungselement 7 gegeben ist einschließlich einer elektrischen Verbindung, und andererseits eine Separierung des Kupfer-Leiterendes 5a von den außen liegenden Aluminium-Leiterenden 4a gewährleistet ist, wodurch eine galvanische Korrosion verhindert wird.
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Im Ausführungsbeispiel gemäß den 9 und 10 sind ebenso wie beim Ausführungsbeispiel gemäß den 5 und 6 die beiden Aluminium-Leiterenden 4a unmittelbar nebeneinander liegend angeordnet und gemeinsam von der umgebogenen Seitenwand 8a des Verbindungselementes 7 umgriffen, das Kupfer-Leiterende 6a ist von der umgebogenen Seitenwand 9 des Verbindungselementes umgriffen. Der Aufbau ist grundsätzlich der gleiche wie bei den 5 und 6, jedoch mit dem Unterschied, dass sowohl die Aluminium-Leiterenden 4a als auch das Kupfer-Leiterende 6a analog zu der Ausführung gemäß 2 von der gleichen Seite in das Verbindungselement 7 hinein und durch dieses hindurchgeführt sind, wobei jeweils ein Endabschnitt der Leiterenden 4a, 6a über das Verbindungselement 7 hinausragt.
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In 11 ist perspektivisch ein Stator 1 einer elektrischen Maschine dargestellt, der über den Umfang verteilt eine Vielzahl von Statorwicklungen aufweist, dessen Wicklungsdraht als Leiter 4 axial aus dem Stator herausragt. Die Leiter 4 sind mit einer Isolierschicht versehen, die Leiterenden 4a sind jedoch, wie 12 zu entnehmen, von der Isolierschicht befreit. Die Leiterenden 4a nehmen an der Verbindung mit dem Verbindungselement 7 teil.
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In 13 ist in schematischer Darstellung die elektrische Verbindung zwischen dem Stator 1 und der elektrischen Einrichtung 2 dargestellt. Die Leiter 4 der Statorwicklungen sind mit ihren Leiterenden 4a über die Verbindungsanordnung 3 mit dem Verbindungselement 7 mit den Zwischenleitern 5 elektrisch und mechanisch verbunden, deren Leiterenden 5a ebenfalls Teil der Verbindungsanordnung 3 sind. Die Leiter 4 bestehen aus Aluminium, der Zwischenleiter 5 aus Kupfer, ebenso die Leiterschleife 6 an der elektrischen Einrichtung 2, mit der der Zwischenleiter 5 mechanisch und durch Elektrodenschweißen verbunden ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2009/0133927 A1 [0002]
