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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft eine Nutauskleidung für einen Rotor und/oder Stator einer elektrischen Maschine, eine Komponente einer elektrischen Maschine sowie eine elektrische Maschine.
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Aus der
US 3,514,836 ist eine Nutauskleidung für einen Stator durch Isolationspapier bekannt. Hierbei ist das Isolationspapier entlang der Erstreckung einer Nut, in die das Isolationspapier eingefügt wird, mit zwei Knicken an zwei Kanten gefaltet. Außerdem steht das Isolationspapier, wenn es in die Nut eingefügt ist, an der Stirnseite des Stators etwas heraus, so dass ein um die drei Seiten umlaufender Überstand vorgesehen ist. Der Überstand ist hierbei als an den drei Seiten umgebogener Stützkragen ausgebildet.
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Die aus der
US 3,514,836 bekannte Nutauskleidung hat den Nachteil, dass das Isolationspapier beim Einfügen ausbaucht und dadurch das Einfügen der elektrischen Leiter in die ausgekleidete Nut erschwert wird. Außerdem treten Überlappungen der eingefügten Isolationspapiere von einer Nut zur nächsten auf, was ungünstig ist.
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Bei der Herstellung eines Stators einer elektrischen Maschine kann die Verdrahtung der Stator-Wicklung durch Verfahren aus der Gruppe der Stecktechnik erfolgen, wobei massive Kupferleiter als Wickelelemente, die als Pins ausgestaltet sein können. verwendet werden können. Die Wickelelemente werden in das Lamellenpaket des Stators durch axiales Zuführen gefügt. Vor dem Fügen werden die Statornuten mit einem Flächenisolierstoff ausgekleidet. Bei der Montage beziehungsweise dem Fügen der Kupferwicklung in das Lamellenpaket mit dem Flächenisolierstoff in den Statornuten kann es aber dann aufgrund der Reibwerte und engen Toleranzen, die insbesondere durch einen gewünschten Kupferfüllfaktor bedingt sind, zum Durchrutschen des Flächenisolierstoffs kommen. Der Flächenisolierstoff kann ein Mehrschichtlaminat, beispielsweise ein Zweischichtlaminat, sein.
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Zur Vermeidung des Durchrutschens kann in den bekannten Prozessketten mit einem Flächenisolierstoff, insbesondere einem Isolationspapier, mit einem Stützkragen gearbeitet werden. Der Kragen trägt eine Stützfunktion, um die axiale Position des Flächenisolierstoffs beim Fügen der Drähte sicher zu stellen. Solch ein Stützkragen kann aber im jeweiligen Anwendungsfall unerwünscht sein und/oder Nachteile bedingen. Der Verzicht auf den Stützkragen führt jedoch zu einem instabilen Prozess durch das mögliche Durchrutschen des Flächenisolierstoffs.
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Offenbarung der Erfindung
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Die erfindungsgemäße Nutauskleidung mit den Merkmalen des Anspruchs 1, die erfindungsgemäße Komponente mit den Merkmalen des Anspruchs 8 und die erfindungsgemäße elektrische Maschine mit den Merkmalen des Anspruchs 10 haben den Vorteil, dass eine verbesserte Ausgestaltung und Funktionsweise ermöglicht sind.
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Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen der im Anspruch 1 angegebenen Nutauskleidung, der im Anspruch 8 angegebenen Komponente und der im Anspruch 10 angegebenen elektrischen Maschine möglich.
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Die Komponente der elektrischen Maschine kann ein Rotor oder ein Stator der elektrischen Maschine sein. Hierbei können die vorgeschlagenen Nutauskleidungen auch sowohl am Rotor als auch am Stator vorgesehen sein. Ferner sind die vorgeschlagenen Nutauskleidungen vorzugsweise an allen Nuten des Rotors beziehungsweise an allen Nuten des Rotors vorgesehen.
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Die vorgeschlagene Nutauskleidung und der vorgeschlagene Rotor beziehungsweise der vorgeschlagene Stator eignen sich besonders für einen elektrischen Antriebsmotor für Kraftfahrzeuge. Somit können Traktions- und Unterstützungsantriebe insbesondere mit Stecktechnik für den Hoch- und Niedervoltbereich realisiert werden.
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An dem Flächenisolierstoff wird in vorteilhafter Weise ein Einschnitt realisiert, um die Papierzunge zu bilden, die zur Sicherstellung der Papierposition verwendet werden kann. Hierbei wird im Fall eines Stators vorzugsweise beim Falten der Einschnitt an der vorzugsweise radial äußeren Seite des Flächenisolierstoffs angebracht. Beim oder nach dem Fügen des Flächenisolierstoffs kann durch ein vorzugsweise axiales Aufweiten des Papiers eine Art Zunge oder Lasche zur Seite abgeknickt und durch eine einzige Spannmaske am Umfang am Lamellenpaket gespannt werden.
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Dadurch werden die Flächenisolierstoffe an ihren Positionen gehalten. Somit können die Kupferelemente in das Lamellenpaket gefügt werden, ohne dass ein Flächenisolierstoff durchrutscht oder dass ein Stützkragen erforderlich wäre. Da der Flächenisolierstoff gegebenenfalls keine Isolationsfunktion übernehmen muss, da diese bereits durch eine isolierende Beschichtung der Kupferelemente besteht, und somit nur zum schadenfreien Fügen des Drahtkorbes dienen kann, wird hierbei die elektrische Funktion der Maschine nicht beeinträchtigt.
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Die Tiefe, Anzahl und Form des Einschnittes kann variiert werden. Ferner können auch andere Abwandlungen realisiert werden.
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Die Spannmaske kann analog zu einem Stützfinger-Werkzeug als Iris-Werkzeug ausgeführt werden. Diese kann nur beim Fügen der Verdrahtungseinheit ins Lamellenpaket die Flächenisolierstoffe axial festhalten. Vorteilhaft ist es, wenn diese Spannflächen für die Flächenisolierstoffe in bereits bestehende Iris-Werkzeuge mit Stützfinger integrierbar sind, so dass dann vergleichsweise geringe Werkzeugkosten entstehen. Eine Spannvorrichtung zum Festhalten der Nutauskleidungen ist in der Fertigung in der Regel erforderlich. Nach dem Fügen der Verdrahtungseinheit ins Lamellenpaket fährt die Spannvorrichtung dann raus. Sie verbleibt also nicht am Produkt. Die Papierzungen können aber am Produkt verbleiben.
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Die Papierzungen können dann anschließend ohne Änderung der Prozesskette durch Imprägnierharz in ihrer Position festgehalten werden. Die Flächenisolierstoffe mit Schnittkanten können ebenfalls nur überharzt werden.
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Vorteilhaft ist es, dass die Papierzunge durch zumindest einen Schnitt eingeschnitten ist, der sich zumindest näherungsweise entlang einer Faltkante des Flächenisolierstoffs erstreckt. In vorteilhafter Weise kann der zumindest eine Schnitt beim Vorbereiten des Flächenisolierstoffs, insbesondere nach dem Falten, realisiert werden.
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Vorteilhaft ist es, dass die Papierzunge durch zumindest einen weiteren Schnitt eingeschnitten ist, der sich zumindest näherungsweise entlang einer weiteren Faltkante des Flächenisolierstoffs erstreckt, und dass sich die Faltkante des Flächenisolierstoffs und die weitere Faltkante des Flächenisolierstoffs entlang einer Längsrichtung des Flächenisolierstoffs erstrecken, die im genannten Zustand zumindest näherungsweise parallel zu einer Rotationsachse der elektrischen Maschine orientiert ist. Dadurch kann die Papierzunge in vorteilhafter Weise in Form einer Lasche ausgebildet sein, die dann an die Stirnseite angelegt werden kann. Hierbei kann die Papierzunge in einem Bereich, wo der Flächenisolierstoff im genannten Zustand, in dem der Flächenisolierstoff eine Nut des Rotors beziehungsweise des Stators auskleidet, an der Stirnseite aus der Nut austritt, umgeknickt sein. Dieser Knick kann bereits beim Vorbereiten des Flächenisolierstoffs realisiert werden.
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Vorteilhaft ist es, dass die Faltkante des Flächenisolierstoffs und die weitere Faltkante des Flächenisolierstoffs in dem genannten Zustand an Kanten der Nut des Stators beziehungsweise des Rotors angeordnet sind, zwischen denen eine schmale und/oder am Statorjoch beziehungsweise am Rotorjoch liegende Seite der Nut liegt. Hierdurch kann die Papierzunge zumindest weitgehend flach und frei von Faltkanten und ferner optimal breit ausgeführt werden, so dass ein Durchrutschen der Nutauskleidung beim Fügen der elektrischen Leiter in die Nut in vorteilhafter Weise verhindert ist.
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Vorteilhaft ist es, dass die Papierzunge zum Statorjoch beziehungsweise zum Rotorjoch hin umgelegt ist. Hierdurch kann eine vorteilhafte Anordnung realisiert werden. Insbesondere besteht zum Joch hin in der Regel mehr Platz als zum Zahn hin. Außerdem kann die Nut zum Zahn hin teilweise offen sein, so dass die Anlagefläche an der Stirnseite auch deshalb reduziert wäre. Ferner besteht zwischen benachbarten Nuten in der Regel ein vergleichsweise geringer Abstand, so dass die Papierlasche dann gegebenenfalls gekürzt werden müssten. Bevorzugt ist deshalb in der Regel eine Anordnung der Papierzunge zum Joch hin.
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Vorteilhaft ist es, dass der Flächenisolierstoff am Überstand aufgeweitet, insbesondere zumindest näherungsweise pyramidenstumpfförmig aufgeweitet, ist. Dies kann das Einfügen der elektrischen Leiter in die mit der Nutauskleidung ausgekleidete Nut erleichtern.
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Vorteilhaft ist es, dass der Flächenisolierstoff zwischen zumindest zwei Kanten, zwischen denen keine Papierzunge eingeschnitten ist, einen quer verlaufenden Schnitt aufweist, der im genannten Zustand vorzugsweise zumindest näherungsweise in der Nähe der Stirnseite des Rotors beziehungsweise des Stators angeordnet ist, und dass der quer verlaufende Schnitt vorzugsweise zumindest im Wesentlichen von einer der zwei Kanten zu der anderen der zwei Kanten verläuft. Hierdurch kann ein Einfügen der elektrischen Leiter in die mit der Nutauskleidung ausgekleidete Nut erleichtert werden.
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Vorteilhaft ist es, dass eine Harzbeschichtung vorgesehen ist und dass die Papierzunge des Flächenisolierstoffs durch die Harzbeschichtung an der Stirnseite des Rotors beziehungsweise Stators festgehalten ist. Dadurch wird im hergestellten Zustand eine vorteilhafte Fixierung der Papierzunge ermöglicht, so dass insbesondere ein nachträgliches Kürzen der Papierzunge entfallen kann.
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Somit kann eine prozesssichere und kostengünstige Nutauskleidung ohne Stützkragen für Rotoren und/oder Statoren realisiert werden, die sich insbesondere für eine Stabtechnik mit elektrischen Leitern eignet, die haarnadelförmig ausgestaltet sein können.
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Figurenliste
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, in denen sich entsprechende Elemente mit übereinstimmenden Bezugszeichen versehen sind, näher erläutert. Es zeigen:
- 1 eine Komponente der elektrischen Maschine, die als Rotor oder Stator einer elektrischen Maschine ausgebildet ist, entsprechend einem ersten Ausführungsbeispiel in einer auszugsweisen, schematischen Darstellung während der Herstellung;
- 2 die in 1 dargestellte Komponente entsprechend dem ersten Ausführungsbeispiel während der Herstellung, wobei eine Nutauskleidung in eine Nut eingefügt ist;
- 3 die in 1 dargestellte Komponente entsprechend dem ersten Ausführungsbeispiel, wobei die Nutauskleidung und elektrische Leiter in die Nut eingefügt sind;
- 4 eine Komponente, die als Stator einer elektrischen Maschine ausgebildet ist, entsprechend einem zweiten Ausführungsbeispiel in einer auszugsweisen, schematischen, räumlichen Darstellung während der Herstellung, wobei eine Nutauskleidung in eine Nut eingefügt ist;
- 5 eine Komponente, die als Rotor oder Stator einer elektrischen Maschine ausgebildet ist, entsprechend einem dritten Ausführungsbeispiel in einer auszugsweisen, schematischen Darstellung während der Herstellung, wobei eine Nutauskleidung ein eine Nut eingefügt ist;
- 6 die in 5 dargestellte Komponente entsprechend dem dritten Ausführungsbeispiel in einer auszugsweisen, schematischen, räumlichen Darstellung während der Herstellung, wobei die Nutauskleidung ein die Nut eingefügt ist; und
- 7 die in 6 dargestellte Nutauskleidung entsprechend dem dritten Ausführungsbeispiel in einer schematischen Darstellung aus der mit VII bezeichneten Blickrichtung.
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Ausführungsformen der Erfindung
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1 zeigt eine Komponente 1 der elektrischen Maschine, die als Rotor oder Stator einer elektrischen Maschine 2 ausgebildet ist, entsprechend einem ersten Ausführungsbeispiel in einer auszugsweisen, schematischen Darstellung während der Herstellung. Die Komponente 1 weist eine Vielzahl von Lamellen 3 auf, von denen zur Vereinfachung der Darstellung nur die Lamelle 3 gekennzeichnet ist.
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Die Komponente 1 weist eine Nut 4 auf. Ferner weist die Komponente 1 weitere Nuten 4 auf, die entsprechend der Nut 4 ausgebildet sind. Die Nut 4 umfasst Seiten 5, 6, 7, 8 (4). An der Seite 7 ist die Nut 4 zu einer Mantelfläche 9 der Komponente 1 hin geöffnet.
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2 zeigt die in 1 dargestellte Komponente 1 entsprechend dem ersten Ausführungsbeispiel während der Herstellung. Hierbei ist eine Nutauskleidung 15 in die Nut 4 eingefügt ist. Die Nutauskleidung 15 ist aus einem Flächenisolierstoff 16 gefaltet. Der Flächenisolierstoff 16 ist in diesem Ausführungsbeispiel als Isolationspapier 16 ausgebildet.
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Der Begriff des Flächenisolierstoffs 16 ist allgemein zu verstehen und umfasst Papiere, Laminate, die eine Folie und/oder Pressspan aufweisen können, Folien und Nutisolationen.
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Dies erfolgt bei einer Vorbereitung beziehungsweise Herstellung der Nutauskleidung 15. Das Isolationspapier 16 ist dann so gefaltet, dass in einem Zustand, in dem das Isolationspapier 16 in die Nut 4 der Komponente 1 eingefügt ist und diese auskleidet, das Isolationspapiers 16 dann an den mehreren Seiten 5, 6, 7, 8 (4) der Nut 4 anliegt.
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Das Isolationspapier 16 ist so groß zugeschnitten und so in der Nut 4 angeordnet, dass ein Überstand 17 an dem Isolationspapier 16 ausgebildet ist, der an einer Stirnseite 18 der Komponente 1 aus der Nut 4 herausragt. Ferner ist die Nutauskleidung 15 so vorbereitet, dass an dem Überstand 17 eine Papierzunge 19 eingeschnitten ist. Wenn die Nutauskleidung 15 dann in die Nut 4 eingefügt ist, dann wird die Papierzunge 19 an die Stirnseite 18 angelegt.
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Die Papierzunge 19 ist durch einen Schnitt 20 und einen weiteren Schnitt 21 eingeschnitten. Hierbei erstreckt sich der Schnitt 20 entlang einer Faltkante 22 des Isolationspapiers 16. Der weitere Schnitt 21 erstreckt sich entlang einer weiteren Faltkante 23 (4) des Isolationspapiers 16. Da die Faltkanten 22, 23 sowie weitere Faltkanten 24, 25 entlang einer Längsrichtung 27 des Isolationspapiers 16 beziehungsweise der Nutauskleidung 15 verlaufen, erstrecken sich die Schnitte 20, 21 dann ebenfalls entlang der Längsrichtung 27. Da sich die Nut 4 parallel zu einer Rotationsachse der elektrischen Maschine durch die Komponente 1 erstreckt, ist die Längsrichtung 27 der Nutauskleidung 15 in dem genannten Zustand parallel zu der Rotationsachse der elektrischen Maschine 2 orientiert.
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Wenn die Nutauskleidung 15 in der Nut 4 angeordnet ist, dann liegen die Faltkanten 22, 23, 24, 25 des Isolationspapiers 16 an Kanten 28, 29 (4), 30 (4), 31 der Nut 4. Hierbei sind die Faltkanten 22, 23 an den Kanten 28, 29 angeordnet, zwischen denen eine schmale Seite 5 der Nut 4 liegt. Diese Seite 5 liegt je nach Ausgestaltung der Komponente 1 als Stator 1 oder Rotor 1 dann am Statorjoch 32 beziehungsweise am Rotorjoch 32. Die Papierzunge 19 ist zum Statorjoch 32 beziehungsweise zum Rotorjoch 32 hin umgelegt.
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3 zeigt die in 1 dargestellte Komponente 1 entsprechend dem ersten Ausführungsbeispiel. Hierbei ist wie in 2 die Nutauskleidung 15 in die Nut 4 eingefügt. Ferner sind elektrisch Leiter 35 in die Nut 4 eingefügt, die stark vereinfacht dargestellt sind. Die elektrischen Leiter 35 werden entlang der Längsrichtung 27 durch die mit der Nutauskleidung 15 ausgekleidete Nut 4 gefügt. Hierbei wird die Nutauskleidung 15 relativ zu den Lamellen 3 ortsfest gehalten und nicht mit durch die Nut 4 gezogen, da die Nutauskleidung 15 über ihre an der Stirnseite 18 anliegende Papierzunge 19 ausreichend fixiert ist.
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Nach dem Einfügen der elektrischen Leiter 35 wird eine Harzbeschichtung 40 aufgebracht. Die Papierzunge 19 des Isolationspapiers 16 ist dann durch die Harzbeschichtung 40 an der Stirnseite 18 der Komponente 1 befestigt. Die Harzbeschichtung 40 kann im Tauchbadverfahren oder durch Träufeln aufgebracht werden. Das Isolationspapier 16 kann hierbei das Imprägnierharz aufsaugen.
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4 zeigt die Komponente 1, die als Stator 1 einer elektrischen Maschine 2 ausgebildet ist, entsprechend einem zweiten Ausführungsbeispiel in einer auszugsweisen, schematischen, räumlichen Darstellung während der Herstellung. Hierbei ist eine Nutauskleidung 15 in die Nut 4 eingefügt. In diesem Ausführungsbeispiel ist das Isolationspapier 16 am Überstand 17 aufgeweitet. Die Aufweitung ist hierbei pyramidenstumpfförmig ausgestaltet.
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5 und 7 veranschaulichen eine Ausgestaltung entsprechend einem dritten Ausführungsbeispiel. Hierbei zeigt 5 eine Komponente 1, die als Rotor 1 oder Stator 1 einer elektrischen Maschine 2 ausgebildet ist, entsprechend dem dritten Ausführungsbeispiel in einer auszugsweisen, schematischen Darstellung während der Herstellung. 6 zeigt die Komponente 1 entsprechend dem dritten Ausführungsbeispiel in einer auszugsweisen, schematischen, räumlichen Darstellung während der Herstellung. 7 zeigt die in 6 dargestellte Nutauskleidung 15 entsprechend dem dritten Ausführungsbeispiel in einer schematischen Darstellung aus der mit VII bezeichneten Blickrichtung. Hierbei ist in 5 und 6 die Nutauskleidung 15 in die Nut 4 eingefügt.
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Das Isolationspapier 16 weist die Faltkanten 22, 23, 24, 25 auf. Zwischen den beiden benachbarten Faltkanten 22, 25 ist ein quer verlaufenden Schnitt 41 vorgesehen. Der Schnitt 41 ist vorzugsweise so an dem Isolationspapier 16 ausgeführt, dass er zumindest näherungsweise in der Nähe der Stirnseite 18 der Komponente 1 angeordnet ist. Außerdem verläuft der quer verlaufende Schnitt 41 vorzugsweise zumindest im Wesentlichen von der einen Kante 22 zu der anderen Kanten 25.
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In entsprechender Weise ist zwischen den beiden benachbarten Faltkanten 23, 24 ein quer verlaufenden Schnitt 42 vorgesehen. Der Schnitt 42 ist vorzugsweise so an dem Isolationspapier 16 ausgeführt, dass er zumindest näherungsweise in der Nähe der Stirnseite 18 der Komponente 1 angeordnet ist. Außerdem verläuft der quer verlaufende Schnitt 42 vorzugsweise zumindest im Wesentlichen von der einen Kante 23 zu der anderen Kanten 24.
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Wie es in 7 veranschaulicht ist, können somit Ausbauchungen 43, 44 des Isolationspapiers 16 ermöglicht werden, die sich außerhalb der Nut 4 befinden.
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Hierdurch kann ein Einfügen der elektrischen Leiter 35 in die mit der Nutauskleidung 15 ausgekleidete Nut 4 erleichtert werden.
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Vorzugsweise wird die Papierzunge 19 nicht gekürzt. Ein Kürzen ist aber möglich. Der restliche Überstand 17 kann im jeweiligen Anwendungsfall auf beispielsweise einige Millimeter gekürzt werden.
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Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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