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Stand der Technik
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Aus dem Stand der Technik sind Stromrichtervorrichtungen bekannt. Solche Stromrichtervorrichtungen dienen zum Umwandeln von Strom in eine andere Stromart. Beispielsweise lassen sich Wechselströme in Wechselströme anderer Frequenz und/oder anderer Amplitude wandeln. Auch können beispielhaft Wechselströme in Gleichströme gewandelt werden. Üblicherweise weisen Stromrichtervorrichtungen einen Zwischenkreis auf, an dem ein Zwischenkreiskondensator angebracht werden kann. Zur Minimierung der Induktivität werden der Zwischenkreiskondensator und Schalteinheiten zum Umrichten zwischen Wechselstrom und Gleichstrom niederinduktiv miteinander verbunden. Die wirksame Gesamtinduktivität entspricht der Summe der Induktivitäten der Schalteinheiten, des Zwischenkreiskondensators und der Verbindung zwischen beiden Bauelementen.
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Offenbarung der Erfindung
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Die erfindungsgemäße Stromrichtervorrichtung ermöglicht eine Senkung der Zwischenkreisinduktivität, indem bei Aufbau und Gestaltung einer Busbar zur Verbindung von Schalteinheiten mit weiteren Komponenten der Stromrichtervorrichtung der innere Aufbau der Schalteinheiten berücksichtigt wird. Auf diese Weise können sich magnetische Felder kompensieren, wodurch eine Induktivität verringert ist.
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Die Stromrichtervorrichtung dient zum Umwandeln eines an einen Eingang angelegten elektrischen Stroms in einen an einem Ausgang ausgegebenen elektrischen Strom anderer Stromart. Insbesondere kann somit ein Wechselstrom in einen Wechselstrom anderer Frequenz und/oder Amplitude gewandelt werden. Bevorzugt ist außerdem ermöglicht, einen Wechselstrom in einen Gleichstrom zu wandeln. Besonders vorteilhaft sind drei Eingänge und drei Ausgänge vorhanden, um einen dreiphasigen Wechselstrom in einen anderen dreiphasigen Wechselstrom zu wandeln.
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Die Stromrichtervorrichtung umfasst eine Vielzahl von Schalteinheiten mit einem ersten Anschluss, einem zweiten Anschluss und einem dritten Anschluss. Der dritte Anschluss ist mit dem Eingang verbunden. Sind, wie zuvor als vorteilhaft beschrieben, zumindest drei Eingänge vorhanden, so ist insbesondere vorgesehen, dass auch drei Schalteinheiten vorgesehen sind. In diesem Fall ist besonders bevorzugt jede Schalteinheit mit einem eigenen Eingang verbunden, sodass jeder dritte Anschluss der Schalteinheiten mit einem eigenen Eingang gekoppelt ist. Auf diese Weise ist ermöglicht, einen dreiphasigen Wechselstrom aufzunehmen. Über eine erste Busbar lassen sich die Schalteinheiten mit weiteren Komponenten verbinden. Dazu ist vorgesehen, dass die erste Busbar zum Verbinden der ersten Anschlüsse der Schalteinheiten mit dem Ausgang oder mit weiteren Komponenten der Stromrichtervorrichtung ausgebildet ist. Außerdem ist eine zweite Busbar vorhanden. Die zweite Busbar dient zum Verbinden der zweiten Anschlüsse der Schalteinheiten mit dem Ausgang oder mit weiteren Komponenten der Stromrichtervorrichtung. Auf diese Weise ist insbesondere erreicht, dass die Schalteinheiten durch die beiden Busbars miteinander verschaltet sind. Soll eine Wandlung zwischen Wechselstrom und Gleichstrom erfolgen, so können die beiden Busbars Anschlüsse des Gleichstroms darstellen. In diesem Fall können die beiden Busbars mit dem Ausgang verbunden sein, um somit den Gleichstrom auszugeben. Soll andererseits eine andere Umwechslung erfolgen, beispielsweise im Falle einer Änderung der Frequenz eines angelegten Wechselstroms, so stellt die erste Busbar zusammen mit der zweiten Busbar den Teil eines Zwischenkreises dar. In diesem Fall würde die erste Busbar mit einer weiteren Busbar verbunden werden, um den Gleichstrom über weitere Schalteinheiten in einen Wechselstrom zu wandeln. Gleiches gilt für die zweite Busbar. Zum Umwandeln des elektrischen Stroms ist vorgesehen, dass die Schalteinheiten ausgebildet sind, wahlweise den dritten Anschluss mit dem ersten Anschluss und den dritten Anschluss mit dem zweiten Anschluss zu verbinden.
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Der erste Anschluss und/oder der zweite Anschluss sind als Anschlussflächen ausgebildet, an denen ein jeweiliger Verbindungsbereich der ersten Busbar und/oder der zweiten Busbar befestigt ist. Insbesondere lässt sich somit die erste Busbar auf die Anschlussfläche des ersten Anschlusses auflegen und mit dieser verbinden, beispielsweise verschrauben. Ebenso sind andere Verbindungsmöglichkeiten, wie beispielsweise eine stoffschlüssige Verbindung, ermöglicht. Dasselbe gilt für die zweite Busbar, die auf den als Anschlussfläche ausgebildeten zweiten Anschluss aufgelegt und mit diesem verbunden werden kann.
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Es ist weiterhin vorgesehen, dass die beiden Busbars an den internen Aufbau der Schalteinheiten angepasst sind. So sind erster Anschluss und/oder zweiter Anschluss vorteilhafter Weise an jeweils einer internen Busbar der Schalteinheit befestigt. Besonders bevorzugt ist der erste Anschluss an einer ersten internen Busbar und der zweite Anschluss an einer zweiten internen Busbar der Schalteinheit befestigt. Die erste Busbar und/oder die zweite Busbar sind jeweils mit einem Überdeckungsbereich ausgebildet, wobei besagter Überdeckungsbereich parallel zu zumindest einer internen Busbar geführt ist. Besonders bevorzugt sind die beiden internen Busbars parallel zueinander ausgerichtet. In jedem Fall ist zumindest vorgesehen, dass entweder die erste Busbar oder die zweite Busbar oder beide Busbars über den Überdeckungsbereich verfügen, um somit parallel zu zumindest einer der internen Busbars geführt zu werden.
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Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
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Der Überdeckungsbereich und der Verbindungsbereich der ersten Busbar und/oder der zweiten Busbar schließen vorteilhafterweise aneinander an. Alternativ oder zusätzlich sind der Überdeckungsbereich und der Verbindungsbereich nicht überlappend ausgebildet. Somit weist die erste Busbar und/oder die zweite Busbar zwei Bereiche auf, wobei der Überdeckungsbereich zur Verringerung der Zwischenkreisinduktion dient, während der Verbindungsbereich zum Verbinden der Busbar mit einem jeweiligen Anschluss der Schalteinheit dient. Beide Bereiche stellen dabei Teilbereiche der gesamten Busbar da. Die Busbar ist damit einfach und aufwandsarm zu fertigen.
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Der Überdeckungsbereich ist vorteilhafterweise parallel zu einer Außenwand der Schalteinheit geführt. An besagter Außenwand ist weder der erste Anschluss noch der zweite Anschluss angebracht. Ebenso bevorzugt ist an besagter Außenwand auch der dritte Anschluss nicht angebracht. Dahingegen ist bevorzugt vorgesehen, dass zumindest eine interne Busbar der Schalteinheit parallel zu besagter Außenwand verläuft. Vorteilhafterweise kann der Überdeckungsbereich an der Außenwand anliegen. Auf diese Weise ist insbesondere eine Zentrierung der jeweiligen Busbar ermöglicht.
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Der erste Anschluss und/oder der zweite Anschluss sind besonders bevorzugt auf einem Sockel der Schalteinheit angeordnet. Der Überdeckungsbereich ist parallel zu einer Außenwand des Sockels angeordnet. Somit ist die Herstellung und Montage sowohl der jeweiligen Busbar als auch der Stromrichtervorrichtung vereinfacht. Insbesondere kann der Überdeckungsbereich als Zentrierung der Busbar an dem Sockel verwendet werden.
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Der Überdeckungsbereich ist gegenüber dem Verwendungsbereich abgewinkelt. Dies erfolgt insbesondere durch Biegen, sodass ein Teilbereich der Busbar gebogen wird, um dadurch den Überdeckungsbereich herzustellen. Besonders vorteilhaft ist der Verbindungsbereich senkrecht zu dem Überdeckungsbereich orientiert. Auf diese Weise ist insbesondere eine einfache Fertigung der Schalteinheiten ermöglicht, da die interne Busbar gegenüber dem ersten Anschluss und/oder dem zweiten Anschluss ebenfalls abgewinkelt ist.
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Die erste Busbar und/oder die zweite Busbar weisen bevorzugt einen ersten Überdeckungsbereich und zu dem ersten Überdeckungsbereich parallelen zweiten Überdeckungsbereich auf. Somit sind zwei Überdeckungsbereiche parallel zu der internen Busbar der Schalteinheit geführt. Auf diese Weise kann eine weitere Verringerung der Zwischenkreisinduktion erfolgen.
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Besonders vorteilhaft ist vorgesehen, dass zwischen dem ersten Überdeckungsbereich und dem zweiten Überdeckungsbereich der Verbindungsbereich angeordnet ist. Auf diese Weise ergibt sich besonders vorteilhaft eine U-Form von Überdeckungsbereichen und Verbindungsbereich. In diese U-Form kann die interne Busbar eingreifen, sodass einerseits eine Verbindung zwischen Verbindungsbereich und Anschluss der Schalteinheit erfolgen kann, andererseits die beiden Überdeckungsbereiche parallel zu der internen Busbar geführt sind.
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Die erste Busbar und die zweite Busbar sind vorteilhafterweise parallel zueinander angeordnet. Insbesondere weisen die erste Busbar und die zweite Busbar einen identischen Verlauf zueinander auf. Auf diese Weise lässt sich die Zwischenkreisinduktivität weiter reduzieren. Insbesondere ist auf diese Weise eine Ausgleichsmöglichkeit gegeben, da sich magnetische Felder von in den beiden Busbaren fließenden Strömen kompensieren.
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Zwischen der ersten Busbar und der zweiten Busbar ist besonders bevorzugt eine Isolationsschicht angebracht. Ebenso ist besonders vorteilhaft, wenn die erste Busbar und die zweite Busbar jeweils als Blech ausgeführt sind. Die Kombination von erster Busbar, zweiter Busbar und dazwischenliegender Isolationsschicht kann eine bauliche Einheit bilden. Grundsätzlich wird durch einen derartigen Aufbau erreicht, dass die wirksame Fläche der Verbindungen zwischen Schalteinheiten und Zwischenkreiskondensator minimiert sind. Dies bedeutet, dass zu jeder Fläche, die zum Zwischenkreis hinführenden Strom trägt, eine weitere Fläche parallel geführt ist, die den vom Zwischenkreis zurückfließenden Strom trägt. Dadurch können sich magnetische Felder ausgleichen.
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Die erste Busbar ist vorteilhafterweise mit einer zusätzlichen ersten Busbar verbunden. Die zweite Busbar ist bevorzugt mit einer zusätzlichen zweiten Busbar verbunden. Die zusätzliche erste Busbar und die zusätzliche zweite Busbar sind mit zusätzlichen Schalteinheiten verbunden, wobei bevorzugt vorgesehen ist, dass die zusätzlichen Busbar und die zusätzlichen Schalteinheiten identisch zu der ersten Busbar, der zweiten Busbar und den Schalteinheiten ausgebildet sind. Die zusätzlichen Schalteinheiten sind vorteilhafterweise mit jeweils einem Ausgang der Stromrichtervorrichtung elektrisch verbunden. Auf diese Weise ist insbesondere ein AC/AC-Werter realisiert. Durch die Verwendung der entsprechend geführten Busbars ist dabei eine Zwischenkreisinduktivität minimiert. Damit lässt sich die Stromrichtervorrichtung verlustarm betreiben.
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Figurenliste
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Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist:
- 1 Eine schematische Schaltbildansicht einer Stromrichtervorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
- 2 Eine schematische Ansicht eines Teilbereichs der Stromrichtervorrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung in einer ersten Alternative,
- 3 Eine schematische Ansicht eines Teilbereichs der Stromrichtervorrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung in einer zweiten Alternative,
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Ausführungsformen der Erfindung
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1 zeigt schematisch ein Schaltbild einer Stromrichtervorrichtung 1 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. In Figur ist dabei gezeigt, dass die Stromrichtervorrichtung 1 ein AC/AC-Konverter ist. Dieser weist drei Eingänge 10 zum Aufnehmen eines dreiphasigen Wechselstroms auf, wobei über drei Ausgänge 20 wiederum ein dreiphasiger Wechselstrom ausgehbar ist. Der ausgegebene Wechselstrom kann sich in Frequenz und/oder Amplitude von dem Eingangsstrom unterscheiden.
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In der Stromrichtervorrichtung 1 ist vorgesehen, dass über eine Vielzahl von Schalteinheiten 2 eine Umwandlung des Wechselstroms in einen Gleichstrom erfolgt. Der Gleichstrom wird über eine erste Busbar 4 und eine zweite Busbar (5) an einen Zwischenkreis übertragen, an dem ein Zwischenkreiskondensator angeordnet ist. Der Zwischenkreiskondensator 3 dient insbesondere zum Glätten des im Zwischenkreis fließenden Gleichstroms. Über eine zusätzliche erste Busbar 4' und eine zusätzliche zweite Busbar 5' sowie über zusätzliche Schaltelemente 2 erfolgt eine Rückwandlung des Gleichstroms aus dem Zwischenkreis in einen dreiphasigen Wechselstrom, der an dem Ausgang 20 ausgegeben werden kann.
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Auf die zusätzlichen Busbars 4', 5' und die zusätzlichen Schalteinheiten 2' kann in einer Alternative auch verzichtet werden. In diesem Fall kann unmittelbar an dem Zwischenkreis ein Gleichstrom über alternative Ausgänge 20' ausgegeben werden. Die Stromrichtervorrichtung 1 dient dann zum Umsetzen zwischen Wechselstrom und Gleichstrom.
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Die Schalteinheiten 2 erweisen einen ersten Anschluss 8a, einen zweiten Anschluss 8b und einen dritten Anschluss 8c auf. Dabei ist vorgesehen, dass erste Anschluss 8a mit der ersten Busbar 4, der zweite Anschluss 8b mit der zweiten Busbar 5 und der dritte Anschluss 8c mit jeweils einem Eingang 10 verbunden ist. Die Schalteinheit 2 dient zum wahlweisen Herstellen einer Verbindung entweder zwischen dem ersten Anschluss 8a und dem dritten Anschluss 8c sowie einer Verbindung zwischen dem zweiten Anschluss 8b und dem dritten Anschluss 8c. Auf diese Weise lässt sich der an den Eingängen 10 anliegende dreiphasige Wechselstrom in einen durch die erste Busbar 4 und die zweite Busbar 5 fließenden Gleichstrom wandeln.
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Die zusätzliche erste Busbar 4a ist bevorzugt identisch zur ersten Busbar 4 ausgebildet. Ebenso ist die zusätzliche zweite Busbar 5' bevorzugt identisch zur zweiten Busbar 5 ausgebildet. Die zusätzlichen Schalteinheiten 2' sind identisch zu den Schalteinheiten 2 ausgebildet und weisen daher entsprechende Anschlüsse 8'a, 8'b und 8'c auf.
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Um eine Zwischenkreisinduktivität zu minimieren, ist vorgesehen, dass sich die erste Busbar 4 und die zweite Busbar 5 parallel zueinander erstrecken. Insbesondere sind die erste Busbar 4 und die zweite Busbar 5 aus einem Blech gefertigt, wobei zwischen erster Busbar 4 und zweiter Busbar 5 eine Isolierschicht angeordnet ist. Isolierschicht, erste Busbar 4 und zweite Busbar 5 bilden vorteilhafterweise eine bauliche Einheit.
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Die erste Busbar 4 ist mit dem ersten Anschluss 8a, der als Anschlussfläche ausgeführt ist, verbunden. Ebenso ist die zweite Busbar 5 mit dem zweiten Anschluss 8b, der ebenfalls als Anschlussfläche ausgeführt ist, verbunden. In 2 und 3 sind schematisch verschiedene Alternativen der Ausgestaltung der ersten Busbar 4 und der zweiten Busbar 5 gezeigt. In beiden Fällen werden identische Schalteinheiten 2 verwendet, die als Anschlussfläche erste Anschlüsse 8a und zweite Anschlüsse 8b aufweisen. Ebenso sind als Anschlussflächen ausgebildete dritte Anschlüsse 8c vorgesehen.
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Den 2 und 3 ist gemeinsam, dass die erste Busbar 4 ebenso wie die zweite Busbar 5 jeweils einen Anschlussbereich 6 aufweisen. Der Anschlussbereich 6 liegt auf dem jeweils zu verbindenden Anschluss 8a, 8b auf und ist an dem jeweils anderen Anschluss 8a, 8b ausgespart. Dies ist insbesondere in 3 gezeigt. In 3 ist ein Gehäuse der mittleren Schalteinheit 2 nicht dargestellt, so dass ein innerer Aufbau der mittleren Schalteinheit 2 gezeigt ist. Außerdem ist in 3 zur besseren Übersicht bei der mittleren Schalteinheit 2 ein Abstand zwischen der ersten Busbar 4 und dem ersten Anschluss 8a gezeigt, wobei dieser Abstand an der fertigen Stromrichtervorrichtung 1 nicht vorhanden ist. Somit ist sichergestellt, dass die erste Busbar 4 ausschließlich mit dem ersten Anschluss 8a und die zweite Busbar 5 ausschließlich mit dem zweiten Anschluss 8b elektrisch verbunden ist. Ansonsten erstrecken sich die erste Busbar und die zweite Busbar 5 parallel zueinander, um somit einen Ausgleich von Magnetfeldern der in den Busbars 4, 5 fließenden Strömen zu erreichen. Auf diese Weise lässt sich eine Induktivität minimieren.
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Zusätzlich zu dem Anschlussbereich 6 ist außerdem ein Überdeckungsbereich 7 vorgesehen. In 2 weisen sowohl die erste Busbar 4 als auch die zweite Busbar 5 jeweils einen Überdeckungsbereich 7 auf. In 3 weist die zweite Busbar 5 keinen Überdeckungsbereich auf, wobei die erste Busbar 4 einen ersten Überdeckungsbereich 7a und einen zweiten Überdeckungsbereich 7b aufweist. Der Überdeckungsbereich 7, 7a, 7b schließt an den Verbindungsbereich 6 an. Insbesondere ist der Überdeckungsbereich 7, 7a, 7b durch Biegen gegenüber dem Verbindungsbereich abgewinkelt. Auf diese Weise lässt sich der Überdeckungsbereich 7 einfach und aufwandsarm herstellen.
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Die Schalteinheiten 2 weisen interne Busbars 9a, 9b auf. Eine erste interne Busbar 9a dient zur Verbindung mit dem ersten Anschluss 8a. Eine zweite interne Busbar 9b dient zur Verbindung mit dem zweiten Anschluss 8b. Insbesondere ist die Anschlussfläche des ersten Anschlusses 8a einstückig mit der ersten Busbar 9a verbunden. Gleiches gilt für die Anschlussfläche des zweiten Anschlusses 8b und die zweite interne Busbar 9b. Durch den Überdeckungsbereich 7 der ersten Busbar 4 und der zweiten Busbar 5 bzw. durch den ersten Überdeckungsbereich 7a und den zweiten Überdeckungsbereich 7b der ersten Busbar 4 ist erreicht, dass eine Führung der ersten Busbar 4 und/oder der zweiten Busbar 5 parallel zu den internen Busbars 9a, 9b erfolgt. Zumindest ist vorgesehen, dass der Überdeckungsbereich 7, 7a, 7b parallel zu einer der internen Busbars 9a, 9b verläuft. Dadurch lassen sich wiederum Magnetfelder von in unterschiedliche Richtungen fließenden Strömen kompensieren. Somit ist eine Induktivität des Zwischenkreises verringert.
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Durch die Überdeckungsbereiche 7, 7a, 7b ist ermöglicht, eine maximale Überdeckung der stromführenden Elemente zu erreichen. Somit ist eine wirksame Fläche zwischen den Busbars 4, 5, 9a, 9b minimiert.
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Besonders vorteilhaft ist vorgesehen, dass die Schalteinheiten 2 einen Sockel 11 aufweisen. Auf dem Sockel 11 ist zumindest der erste Anschluss 8a und der zweite Anschluss 8b, insbesondere auch der dritte Anschluss 8c, angebracht. Der Sockel 11 weist eine Außenwand 12 auf, zu der der Überdeckungsbereich 7 parallel geführt ist. Ebenso ist bevorzugt vorgesehen, dass der erste Überdeckungsbereich 7a und der zweite Überdeckungsbereich 7b parallel zu entsprechenden Außenwänden 12 geführt sind. Die Außenwand 12 verläuft parallel zu der ersten Busbar 9a und der zweiten Busbar 9b. Dadurch ist erreicht, dass die Überdeckung zwischen erster Busbar 4 und/oder zweiter Busbar 5 sowie der ersten internen Busbar 9a und/oder der zweiten internen Busbar 9b maximiert ist.
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Der Überdeckungsbereich 7 bzw. der erste Überdeckungsbereich 7a und der zweite Überdeckungsbereich 7b dienen vorteilhafterweise auch zur Zentrierung der ersten Busbar 4 und/oder der zweiten Busbar 5. Somit kann eine Montage der Busbars 4, 5 vereinfacht werden.
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In den 2 und 3 ist schematisch dargestellt, dass die jeweiligen Busbars 4, 5 mit den entsprechenden Anschlüssen 8a, 8b verschraubt werden können. Es sind auch andere Verbindungsmechanismen denkbar, wie beispielsweise eine stoffschlüssige Verbindung durch Löten oder Schweißen.
