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Die Erfindung beschreibt eine leistungselektronische Baugruppe mit einem Gehäuse und mit einer darin angeordneten Kondensatoreinrichtung, wobei die Kondensatoreinrichtung eine Mehrzahl von Kondensatorelementen mit je einer ersten und einer zweiten Kondensatorkontakteinrichtung und eine Kondensatorverschienung aufweist. Diese weist einen ersten flächigen Metallformkörper mit einer ersten Kontaktstelle und einen zweiten flächigen Metallformkörper mit einer zweiten Kontaktstelle auf. Die Kontaktstellen dienen bevorzugt der eklektisch leitenden Verbindung mit einem Leistungshalbleitermodul. Der erste flächige Metallformkörper erster Polarität weist eine Mehrzahl erster Anschlusskontakteinrichtungen jeweils elektrisch leitend verbunden mit einer ersten Kondensatorkontakteinrichtung auf, während der zweite flächige Metallformkörper zweiter Polarität eine Mehrzahl zweiter Anschlusskontakteinrichtungen jeweils elektrisch leitend verbunden mit einer zweiten Kondensatorkontakteinrichtung aufweist.
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Aus dem Stand der Technik, beispielhaft offenbart in der
DE 10 2015 113 873 B3 , ist eine leistungselektronisches Baugruppe bekannt, die mit einem Gehäuse und mit einer darin angeordneten Kondensatoreinrichtung ausgebildet ist, wobei das Gehäuse eine im Inneren angeordnete Kühlfläche aufweist, die dazu ausgebildet ist mittels einer im Gehäuse integrierten oder externen Kühleinrichtung gekühlt zu werden und wobei die Kondensatoreinrichtung einen Kondensator mit je einer Kontakteinrichtung erster und zweiter Polarität und eine Kondensatorverschienung aufweist. Diese Kondensatorverschienung weist einen ersten flächigen Metallformkörper und einen zweiten flächigen Metallformkörper auf, wobei der erste flächige Metallformkörper mit der ersten Kontakteinrichtung erster Polarität und der zweite flächige Metallformkörper mit der zweiten Kontakteinrichtung zweiter Polarität elektrisch leitend verbunden sind. Weiterhin weist ein erster Abschnitt des ersten Metallformkörpers einen ersten Unterabschnitt auf, der parallel zu und beabstandet von der Kühlfläche angeordnet ist und einen zweiten Unterabschnitt aufweist, der mit der Kühlfläche in thermischen Kontakt steht, wobei beide Unterabschnitte durch einen Zwischenabschnitt miteinander verbunden sind. Der erste und zweite Metallformkörper sind zu mindestens 80% ihrer flächigen Ausdehnung eng benachbart zueinander angeordnet.
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Ein ständiger Mangel bei derartigen Systemen ist eine ungleichmäßige Belastung der einzelnen Kondensatorelemente, bedingt auch durch den unterschiedlichen Lade- bzw. Entladestrom der jeweiligen Kondensatorelemente.
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In Kenntnis dieser genannten Gegebenheiten liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Belastung der einzelnen Kondensatorelemente im Betrieb homogen auszugestalten.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine leistungselektronische Baugruppe mit einem Gehäuse und mit einer darin angeordneten Kondensatoreinrichtung, wobei die Kondensatoreinrichtung eine Mehrzahl von Kondensatorelementen mit je einer ersten und einer zweiten Kondensatorkontakteinrichtung und eine Kondensatorverschienung aufweist, die einen ersten Metallformkörper mit einer ersten Kontaktstelle und einen zweiten Metallformkörper mit einer zweiten Kontaktstelle aufweist, wobei der erste Metallformkörper erster Polarität eine Mehrzahl erster Anschlusskontakteinrichtungen jeweils elektrisch leitend verbunden mit einer ersten Kondensatorkontakteinrichtung und der zweite Metallformkörper zweiter Polarität eine Mehrzahl zweiter Anschlusskontakteinrichtungen jeweils elektrisch leitend verbunden mit einer zweiten Kondensatorkontakteinrichtung aufweist, wobei jeweilige einzelne Strompfade jeweils gebildet aus einem ersten Teilstrompfad zwischen der ersten Kontaktstelle und einer ersten Anschlusskontakteinrichtungen und einem zweiten Teilstrompfad zwischen der der ersten zugeordneten zweiten Anschlusskontakteinrichtungen und der zweiten Kontaktstelle jeweils die gleiche Strompfadlänge aufweisen.
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Der jeweilige Metallformkörper ist hierbei bevorzugt flächig ausgestaltet.
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Es kann vorteilhaft sein, wenn die jeweilige erste Kondensatorkontakteinrichtung eines Kondensatorelements an einer ersten Außenfläche angeordnet ist und die zugeordnete zweite Kondensatorkontakteinrichtung an einer zweiten der ersten gegenüberliegenden Oberfläche des Kondensatorelements angeordnet ist.
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Es kann bevorzugt sein, wenn die Kondensatorelemente in einer M × N, mit M > 0 und N > 2, insbesondere N > 3, Matrix angeordnet sind.
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Besonders bevorzugt ist es im Falle einer M × N Matrix, mit M = 2, beide Metallformkörper im Bereich der Kondensatoreinrichtung einen linearen Hauptabschnitt mit einer Mehrzahl seitlich wegstehender Teilabschnitte aufweisen, wobei die zugeordneten Anschlusskontakteinrichtungen auf den jeweiligen seitlich wegstehenden Teilabschnitten angeordnet sind.
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Ebenfalls bevorzugt ist es im Falle einer M × N Matrix, mit M > 2, einer der beiden Metallformkörper im Bereich der Kondensatoreinrichtung einen linearen Hauptabschnitt mit einer Mehrzahl seitlich wegstehender Teilabschnitte ausgebildet ist, wobei die zugeordneten Anschlusskontakteinrichtungen im Verlauf der jeweiligen seitlich wegstehenden Teilabschnitte angeordnet sind und der andere Metallformkörper mit einer Mehrzahl von linearen Hauptabschnitten, mit seitlich wegstehenden Teilabschnitten ausgebildet ist, wobei die zugeordneten Anschlusskontakteinrichtungen sowohl auf dem jeweilige Hauptabschnitt, wie auch auf den jeweiligen Teilabschnitten angeordnet sind.
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Es kann besonders bevorzugt sein, wenn parallel zum Hauptabschnitt ein Rückabschnitt angeordnet ist, der auch bei M = 1 vorhanden sein kann.
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Grundsätzlich bevorzugt ist es, wenn eine ersten Stromflussrichtung im Abschnitt der Anschlusskontakteinrichtungen, der insbesondere mit dem ersten Hauptabschnitt zusammenfällt, des ersten Metallformkörpers gleich ist einer zweiten Stromflussrichtung im Abschnitt der Anschlusskontakteinrichtungen, der insbesondere mit dem zweiten Hauptabschnitt zusammenfällt, des ersten Metallformkörpers.
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Es kann vorteilhaft sein, wenn in dem Gehäuse ein Leistungshalbleitermodul angeordnet und mit den Kontaktstellen der Kondensatorverschienung polaritätsgerecht elektrisch leitend verbunden ist.
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Grundsätzlich vorteilhaft ist es, wenn das Gehäuse eine becherartige Vertiefung aufweist, in der die Kondensatoreinrichtung angeordnet ist. Hierbei kann die Vertiefung um die Kondensatoreinrichtung herum zumindest teilweise, bevorzugt annährend vollständig, mit einer elektrisch isolierenden Vergussmasse ausgefüllt sein.
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Auch kann es bevorzugt sein, wenn einer der Metallformkörper im Abschnitt seiner Anschlusskontakteinrichtungen mit einer Kühlfläche in indirektem, mittelbaren thermischen Kontakt steht. Hierbei kann zwischen der Kühlfläche eine elektrisch isolierenden Isolationseinrichtung, insbesondere ausgebildet als eine Kunststofffolie oder als eine isolierende Keramikschicht bevorzugt in dem Abschnitt der Anschlusseinrichtungen angeordnet sein. Weiterhin kann die Kühlfläche als ein Teil des Gehäuses, das dort vorzugsweise mit einer Kühlflüssigkeit durchströmt wird, ausgebildet sein.
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Insbesondere bevorzugt ist es, wenn soweit jeweils vorhanden ein Boden der Vertiefung als Kühlfläche ausgestaltet ist.
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Selbstverständlich können, sofern dies nicht per se oder explizit ausgeschlossen ist, die im Singular genannten Merkmale auch mehrfach in der erfindungsgemäßen Baugruppe vorhanden sein. Es versteht sich, dass die verschiedenen Ausgestaltungen der Erfindung einzeln oder in beliebigen Kombinationen realisiert sein können, um Verbesserungen zu erreichen. Insbesondere sind die vorstehend und im Folgenden genannten und erläuterten Merkmale nicht nur in den angegebenen Kombinationen, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung einsetzbar, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Weitere Erläuterungen der Erfindung, vorteilhafte Einzelheiten und Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der in den 1 bis 6 schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele der Erfindung oder von jeweiligen Teilen hiervon.
- 1 zeigt einen Schnitt durch eine erste erfindungsgemäße Baugruppe.
- 2 zeigt zwei Strompfade durch die erste Baugruppe.
- 3 zeigt die erste Baugruppe mit weiteren Komponenten.
- 4 zeigt Draufsichten auf eine zweite erfindungsgemäße Baugruppe.
- 5 zeigt einen Strompfade durch die zweite Baugruppe
- 6 zeigt Draufsichten auf eine dritte erfindungsgemäße Baugruppe.
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1 zeigt einen Schnitt durch eine erste erfindungsgemäße Baugruppe mit einer Kondensatoreinrichtung 3, die eine Mehrzahl von Kondensatorelementen 30 aufweist. Diese sind hier in Reihe und damit in Form einer 1 × N Matrix angeordnet. Die hier dargestellten Kondensatorelemente 30 sind, ohne Beschränkung der Allgemeinheit, zylinderförmig ausgebildet und weisen jeweils zwei kreisförmige Deckflächen auf. Diese Deckflächen bilden die jeweiligen Oberflächen aus, an denen die Kondensatorkontakteinrichtungen 322,342 angeordnet sind, jeweils eine erste Kondensatorkontakteinrichtung 322 auf der ersten und eine zweite Kondensatorkontakteinrichtung 342 auf der zweiten, der ersten gegenüber liegend angeordneten Deckfläche. Diese Kondensatorkontakteirichtungen sind im übrigen fachüblich ausgebildet.
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Die erfindungsgemäße Baugruppe weist weiterhin eine Kondensatorverschienung 4 auf, die aus einem ersten und einem zweiten Metallformkörper 42,44 ausgebildet ist. Der jeweilige Metallformkörper 42,44 weist eine Kontaktstelle 420,440 zur Verbindung mit weiteren Bauteilen, beispielhaft einem Leistungshalbleitermodul auf. In seinem Verlauf weist der jeweilige, hier flächig ausgebildete, konzeptionell fachübliche Metallformkörper 42,44 Abkantungen und eine Mehrzahl von Anschlusskontakteinrichtungen 422,442 zur elektrisch leitenden Verbindung mit jeweils zugeordneten Kondensatorkontakteirichtungen 322,342 auf.
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Der erste Metallformkörper 42 weist im Betrieb eine erste Polarität auf, bildet also das positive Gleichspannungspotential der Baugruppe, während der zweite Metallformkörper 44 im Betrieb eine zweite Polarität aufweist und somit das negative Gleichspannungspotential ausbildet.
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Zum Laden der einzelnen Kondensatorelemente 30 fließt Strom durch einen Strompfad, der von der ersten Kontaktstelle 420 durch das jeweiligen Kondensatorelement 30 zur zweiten Kontaktstelle 440 reicht. Hierbei wird ein erster Teilstrompfad 52 zwischen der ersten Kontaktstelle 420 über den Metallformkörper 42 bis zur ersten, dem jeweiligen Kondensatorelement 30 zugeordneten ersten Anschlusskontakteinrichtung 422 des Metallformkörpers 42, bis zur zugeordneten ersten Kondensatorkontakteinrichtung 322 ausgebildet. Analog wird ein zweiter Teilstrompfad 54 ausgebildet, der von der zweiten Kondensatorkontakteinrichtung 342 des Kondensatorelements 30 über die zweite Anschlusskontakteinrichtung 442, den zweiten Metallformkörper 44 bis zur zweiten Kontaktstelle 440 reicht. Erfindungsgemäß ist der aus erstem und zweitem Teilstrompfand 52,54 gebildete Strompfad jedes einzelnen Kondensatorelements 30 für alle Kondensatorelemente 30 gleich, soweit dies technisch möglich ist. D.h. minimale technisch bedingte Längenunterschiede, im Bereich weniger Prozent der Gesamtlänge, sollen hierbei nicht berücksichtigt werden. Dies gilt nicht nur für dieses Ausführungsbeispiel, sondern für alle technischen Umsetzungen der erfindungsgemäßen leistungselektronischen Baugruppe.
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2 zeigt beispielhaft zwei der möglichen Strompfade durch die erste Baugruppe. Sowohl der in x-Richtung erste der N Kondensatorelement, wie auch der in x-Richtung vorletzte der N Kondensatorelemente, und somit auch alle anderen Strompfade weisen hier die gleich Länge auf. Hierzu ist es hinreichend aber nicht notwendig, wenn eine ersten Stromflussrichtung 62 im Abschnitt der Anschlusskontakteinrichtungen 422 des ersten Metallformkörpers 42 gleich ist einer zweiten Stromflussrichtung 64 im Abschnitt der Anschlusskontakteinrichtungen 442 des zweiten Metallformkörpers 44 ist.
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3 zeigt die erste Baugruppe mit weiteren Komponenten, nämlich dem oben bereits erwähnten Leistungshalbleitermodul 7 und mit einem Gehäuse 2. Das Leistungshalbleitermodul 7 ist hier ausgebildet als ein Umrichtermodul, wie es beispielhaft in elektrischen Antrieben von Fahrzeugen, insbesondere von Personkraftwagen eingesetzt wird. Vorteilhafterweise weist der Ausgang dieses Umrichtermoduls mehrere, insbesondere drei Phasen, auf. Auf der Gleichspannungsseite sind Kontaktstellen 420,440 der Kondensatorverschienung 4 polaritätsgerecht elektrisch leitend verbunden ist mit den zugeordneten Modulkontaktstellen 720,740 des Leistungshalbleitermoduls 7.
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Das Gehäuse 2 weist eine becherartige Vertiefung 20 auf, in der die Kondensatoreinrichtung 3 vollständig, oder wie hier dargestellt zu über 80% ihres Volumens angeordnet ist. Aus Gründen der besseren Wärmeabgabe und auch der Stabilität ist die Vertiefung 20 um die Kondensatoreinrichtung 3 herum und hier auch in die Kondensatoreinrichtung 3 hineinreichen fast vollständig mit einer Vergussmasse 200 gefüllt. Bevorzugt ist diese Vergussmasse 200 zudem elektrisch isolierenden ausgebildet.
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Um die mittelbare Abgabe von Wärme aus der Kondensatoreinrichtung 3 an eine Kühleinrichtung zu verbessern ist steht der zweite, Metallformkörper 44 im Abschnitt seiner Anschlusskontakteinrichtungen 442 mit einer Kühlfläche 22, die hier Teil des Gehäuses 2, genauer des Bodens 26 der Vertiefung 20, ist, in mittelbaren thermischen Kontakt. Die Kühlfläche 22 selbst steht in unmittelbarem, thermischen Kontakt zu einer, nicht dargestellten, Kühlflüssigkeit, die das Gehäuse 2 durchströmt. Zwischen der Kühlfläche 22 und dem zweiten Metallformkörper 44 ist eine elektrisch isolierende, aber thermisch leitende Isolationseinrichtung 24, hier ausgebildet als eine Kunststofffolie, in dem Abschnitt der Anschlusseinrichtungen 442 angeordnet.
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4 zeigt Draufsichten von oben bzw. unten, also entgegen, bzw. in z-Richtung, auf eine zweite erfindungsgemäße Baugruppe. Die Kondensatoreinrichtung 3 ist ähnlich der unter 1 beschriebenen ausgebildet, mit der Ausnahme, dass die Kondensatorelemente 30 in einer 2 × N Matrix angeordnet sind. Zudem wird die Kondensatoreinrichtung 3 hier jeweils seitlich und unmittelbar über eine, nur im oberen Teil der Figur dargestellte, elektrisch isolierende, thermisch leitende Isolationseinrichtung 24 mit einer, nicht dargestellten, Kühlfläche 22 verbunden.
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Die Kondensatorverschienung 4 weist wiederum einen ersten Metallformkörper 42 mit einer ersten Kontaktstelle 420, schematisch dargestellt im oberen Teil der 4 und einen zweiten Metallformkörper 44 mit einer zweiten, unmittelbar zu ersten benachbarten, Kontaktstelle 440 schematisch dargestellt im unteren Teil der 4 auf.
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Der erste Metallformkörper 42 bildet im Bereich der Kondensatoreinrichtung 3 einen, zentral zwischen den beiden Reihen von Kondensatorelementen 30 verlaufenden, linearen Hauptabschnitt mit einer Mehrzahl, hier im 90° Winkel seitlich, genauer beidseits, wegstehender Teilabschnitte 426 aus. Hierbei sind die jedem Kondensatorelement 30 zugeordneten ersten Anschlusskontakteinrichtungen 322 auf den jeweiligen seitlich wegstehenden Teilabschnitten 426 angeordnet. Die ersten Anschlusskontakteinrichtungen 322 sind mit den ersten Kondensatorkontakteinrichtungen 422 elektrisch leitend verbunden.
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Der zweite Metallformkörper 44 bildet im Bereich der Kondensatoreinrichtung 3 ebenfalls einen linearen, zentral zwischen den beiden Reihen verlaufenden, Hauptabschnitt 444 mit der gleichen Anzahl im 90° Winkel beidseits wegstehenden Teilabschnitten 446 aus. Hierbei sind die jedem Kondensatorelement 30 zugeordneten zweiten Anschlusskontakteinrichtungen 442 auf den jeweiligen seitlich wegstehenden Teilabschnitten 446 angeordnet. Die zweiten Anschlusskontakteinrichtungen 442 sind mit den zweiten Kondensatorkontakteinrichtungen 342 elektrisch leitend verbunden.
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Die Stromrichtung 62,64 der Hauptabschnitte beider Metallformkörper 42,44 ist identisch, hier in x-Richtung verlaufend. Der zweite Metallformkörper 44 weist zudem einen Rückabschnitt 448 auf, der parallel zum Hauptabschnitt 444 verläuft. Die Stromrichtung in diesem Rückabschnitt 448 ist entgegengesetzt derjenigen im Hauptabschnitt 444 des zweiten Metallformkörpers 44.
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5 zeigt einen beispielhaften Strompfade durch die zweite Baugruppe. Durch die Ausgestaltung mit dem Rückabschnitt 448 ist die Länge aller Strompfade 62,64 wieder im Rahmen des technisch umsetzbaren identisch.
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6 zeigt Draufsichten auf eine dritte erfindungsgemäße Baugruppe. Die Kondensatoreinrichtung 3 ist ähnlich der unter 1 beschriebenen, mit der Ausnahme, dass die Kondensatorelemente 30 in einer 3 × N Matrix angeordnet sind. Die Kondensatorverschienung 4 weist wiederum einen erst Metallformkörper 42 mit einer ersten Kontaktstelle 420, schematisch dargestellt im oberen Teil der 6 und einen zweiten Metallformkörper 44 mit einer zweiten, unmittelbar zu ersten benachbarten, Kontaktstelle 440 schematisch dargestellt im unteren Teil der 6 auf.
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Der erste Metallformkörper 42 bildet im Bereich der Kondensatoreinrichtung 3 einen, zentral zwischen den beiden Reihen verlaufenden, linearen Hauptabschnitt 424 mit einer Mehrzahl, hier im 90° Winkel seitlich, genau beidseits, wegstehender Teilabschnitte 426 aus. Hierbei sind die jedem Kondensatorelement 30 zugeordneten ersten Anschlusskontakteinrichtungen 322 auf den jeweiligen seitlich wegstehenden Teilabschnitten 426, wie auch auf den Knotenpunkten zwischen dem Hauptabschnitt 424 und den Teilabschnitten 426 angeordnet. Die ersten Anschlusskontakteinrichtungen 422 sind mit den ersten Kondensatorkontakteinrichtungen 322 elektrisch leitend verbunden.
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Der zweite Metallformkörper 44 bildet im Bereich der Kondensatoreinrichtung 3 zwei linear, zentral über den beiden äußeren Reihen der Kondensatorelemente 30 verlaufende, Hauptabschnitte 444 aus. Von diesen Hauptabschnitten 444 stehen alternierend zur zentralen Reihe von Kondensatorelementen 30 wegstehender Teilabschnitte 446 aus. Hierbei sind die jedem Kondensatorelement 30 zugeordneten zweiten Anschlusskontakteinrichtungen 442 auf den jeweiligen seitlich wegstehenden Teilabschnitten 446, wie auch auf den Knotenpunkten zwischen dem jeweiligen Hauptabschnitt 444 und den Teilabschnitten 446 angeordnet. Die zweiten Anschlusskontakteinrichtungen 442 sind mit den zweiten Kondensatorkontakteinrichtungen 342 elektrisch leitend verbunden.
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Die Teilstromrichtung 62,64 aller Hauptabschnitte 424,444 beider Metallformkörper 42,44 sind identisch, hier in x-Richtung verlaufend. Der zweite Metallformkörper 44 weist zudem zwei Rückabschnitte 428 auf, die parallel zu den Hauptabschnitten 444 verlaufen. Die Stromrichtung 62,64 in diesen Rückabschnitten 448 ist entgegengesetzt derjenigen in den Hauptabschnitten 444 des zweiten Metallformkörpers.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102015113873 B3 [0002]
