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Technischer Bereich
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Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf drehbare Verbinder.
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Hintergrund
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Bei bekannten drehbaren Verbindern wird eine Vielzahl von Flachkabeln verwendet, um einen Rotor und einen Stator elektrisch miteinander zu verbinden.
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Zitatliste
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Patentliteratur
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- PTL 1: Japanische ungeprüfte Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer 2013-219007
- PTL 2: Japanische ungeprüfte Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer 2006-10073333
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Zusammenfassung der Erfindung
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Technisches Problem
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Die in der PTL 1 offenbarte Lehre ist aufgrund der Verwendung von Flachkabeln problematisch. Das Problem hierbei ist, dass die Flachkabel aufgrund der Verwendung einer Isolierfolie aus Polyethylenterephthalat (PET) eine geringe Wärmeformbeständigkeit aufweisen, und dass die Anzahl der Flachkabel mit zunehmender Anzahl von Signalleitungen aufgrund von Problemen bei der Feinteilung zunimmt.
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Um diese Probleme zu lösen, kann ein Verfahren eingesetzt werden, bei dem anstelle der Flachkabel eine flexible gedruckte Schaltung (FPC) verwendet wird. Die FPC wird im Allgemeinen in der Form geliefert, in der Einheitssubstrate in einem Foliensubstrat gebildet werden, wie in der PTL 2 offenbart: Nachdem das Foliensubstrat in Einheitssubstrate unterteilt wurde, wird das Einheitssubstrat mit dem Produkt kombiniert. Wenn die Einheitssubstrate jedoch teilweise Unregelmäßigkeiten aufweisen, wie z.B. eine L- oder T-Form, können die im Foliensubstrat angeordneten Einheitssubstrate einen relativ großen Spalt dazwischen aufweisen. Dies verringert die Anzahl der aus einem Foliensubstrat gewonnenen Einheitssubstrate (verringert die Ausbeute), wodurch die Kosten für die FPCs steigen, was zu Problemen hinsichtlich einer Preisreduktion des drehbaren Verbinders führt.
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In einem Aspekt besteht ein Ziel der vorliegenden Erfindung darin, auch bei Einsatz eines FPC einen kostengünstigen drehbaren Verbinder bereitzustellen.
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Lösung des Problems
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In einem Aspekt umfasst ein drehbarer Verbinder einen Stator, einen Rotor, der sich relativ zum Stator drehen kann, und ein Kabel, das ein statorseitiges Anschlusselement, das am Stator vorgesehen ist, und ein rotorseitiges Anschlusselement, das am Rotor vorgesehen ist, elektrisch verbindet, wobei das Kabel eine im Wesentlichen rechteckige flexible gedruckte Schaltung (FPC) ist. Der drehbare Verbinder umfasst ferner ein Gehäuseverdrahtungselement mit einem Draht, mit dem ein Ende der FPC elektrisch verbunden ist und mit dem das statorseitige Anschlusselement oder das rotorseitige Anschlusselement elektrisch verbunden ist. Das Verdrahtungselement des Gehäuses ist eine geformte Verbindungsvorrichtung (MID).
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Vorteilhafte Effekte der Erfindung
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In einem Aspekt bietet die vorliegende Erfindung einen preiswerten drehbaren Verbinder, auch bei Einsatz einer FPC.
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Figurenliste
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- [1] 1 ist eine äußere perspektivische Ansicht eines drehbaren Verbinders 1 gemäß einer Ausführungsform.
- [2] 2 ist eine Abbildung für ein Beispiel einer FPC 4.
- [3] 3 ist eine perspektivische Ansicht des FPC 4 und eines Anschlusselements 50, die veranschaulicht, wie diese an einem Gehäuseverdrahtungselement 7 montiert sind.
- [4] 4 ist eine perspektivische Explosionsansicht der 3.
- [5] 5 ist ein Abbildung einer Modifikation, bei der eine Vielzahl von FPCs elektrisch mit einem Gehäuseleitungselement verbunden sind.
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Beschreibung der Ausführungsformen
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Die Ausführungsformen werden im Folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren beschrieben.
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1 ist eine äußere perspektivische Ansicht eines drehbaren Verbinders 1 gemäß einer Ausführungsform. 1 veranschaulicht die Drehachse I des drehbaren Verbinders 1 und eine Z-Achse parallel zur Drehachse I. Im Folgenden wird die Z1-Seite in Z-Richtung als „Oberseite“, die Z2-Seite in Z-Richtung als „Unterseite“ und die Axialrichtung, die Radialrichtung senkrecht zur Axialrichtung und die Umfangsrichtung des drehbaren Verbinders 1 zur Beschreibung auf die Drehachse I bezogen. Insbesondere ist die Axialrichtung die Richtung der Drehachse I, radial innen ist näher an der Drehachse I in radialer Richtung und radial außen ist weiter entfernt von der Drehachse I in radialer Richtung. Die Umfangsrichtung bezieht sich auf eine Umfangsrichtung um die Drehachse I. Die flexible Leiterplatte (FPC) wird im Folgenden der Einfachheit als „FPC“ bezeichnet.
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Der drehbare Verbinder 1 ist eine Verbindungsvorrichtung zur Übertragung elektrischer Signale zwischen der Lenksäule (nicht dargestellt) des Fahrzeugs und einer elektronischen Komponente (nicht dargestellt), die sich zusammen mit der Lenkwelle dreht (nicht dargestellt).
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Wie in 1 dargestellt, umfasst der drehbare Verbinder 1 einen Rotor 2, einen Stator 3, eine FPC 4 (siehe 2) und ein Gehäuseverdrahtungselement 7 (siehe 2).
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Der Rotor 2 nimmt die in der Lenksäule eingebettete Lenkwelle in axialer Richtung auf. Der Rotor 2 ist ein ringförmiges Element, das eine innere Umfangswand 8 radial innen definiert. Der Rotor 2 besteht beispielsweise aus einem Harzmaterial. Die Lenkwelle ist in axialer Richtung im radial inneren Raum des Rotors 2 angeordnet, der durch die innere Umfangswand 8 definiert ist. Der Rotor 2 ist gegenüber dem Stator 3 drehbar gelagert.
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Der Stator 3 ist am Fahrzeug befestigt. Der Stator 3 ist an der Lenksäule montiert. Der Rotor 2 ist drehbar am Stator 3 montiert. Der Stator 3 ist ein ringförmiges Bauteil, das eine äußere Umfangswand 9 radial außen definiert.
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2 ist ein Abbildung eines Beispiels der FPC 4, das eine perspektivische Ansicht der FPC 4 darstellt, die an einem Teil (einem oberen Flansch im oberen Teil) des Rotors 2 von unten betrachtet montiert ist. 2 zeigt schematisch den Teil der FPC 4, der zur Veranschaulichung linear erstreckt gezeigt ist. Tatsächlich ist die FPC 4 spiralförmig gewickelt und untergebracht.
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Die FPC 4 ist ein Beispiel für ein Kabel, das den Stator 3 und den Rotor 2 elektrisch verbindet und die elektrische Leitfähigkeit zwischen dem Rotor 2 und dem Stator 3 gewährleistet. Die FPC 4 weist eine im Wesentlichen rechteckige, flache Form auf und besteht aus einer Vielzahl von leitenden Mustern, wie beispielsweise einer Kupferfolie, die durch Ätzen in Längsrichtung gebildet wird, und einem isolierenden Film, wie beispielsweise Polyimid, der sie von beiden Seiten bedeckt. Die „im Wesentlichen rechteckige Form“ ist eine Form, die sich linear in Längsrichtung mit einer festen Breite d erstreckt (siehe 2). Die Breite d kann sich leicht ändern, z.B. am Ende des FPC 4.
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Die FPC 4 ist in einem ringförmigen Raum (nicht dargestellt) im Hauptkörper des drehbaren Verbinders 1 angeordnet. Insbesondere wird der sich in Umfangsrichtung erstreckende ringförmige Raum zwischen der inneren Umfangswand 8 und der äußeren Umfangswand 9 in radialer Richtung gebildet, in dem die FPC 4 untergebracht ist. Die FPC 4 kann spiralförmig, z.B. überlappend, gewickelt und untergebracht werden.
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Die FPC 4 ist an einem Ende elektrisch mit dem Rotor 2 verbunden, wie durch ein Teil X in 2 dargestellt, und am anderen Ende elektrisch mit dem Stator 3 verbunden (nicht dargestellt). Im Teil X von 2 ist das eine Ende der FPC 4 an dem am Rotor 2 befestigten Gehäuseverdrahtungselement 7 befestigt und elektrisch mit einer Leitung 74 (siehe 3) am Gehäuseverdrahtungselement 7 verbunden.
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Das Gehäuseverdrahtungselement 7 ist, wie vorstehend beschrieben, elektrisch mit dem einen Ende der FPC 4 und mit einem rotor-2-seitigen Anschlusselement 50 (siehe 3) auf dem Rotor 2 verbunden. Das Gehäuseverdrahtungselement 7 wird zusammen mit der FPC 4 und dem Anschlusselement 50 unter Bezugnahme auf 3 und die nachfolgenden Abbildungen ausführlich beschrieben.
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Unter Bezugnahme auf die 3 und 4 wird die elektrische Verbindungsstruktur (das Teil X in 2) zwischen der FPC 4 und dem Rotor 2 beschrieben. Obwohl hier die Struktur der elektrischen Verbindung zwischen der FPC 4 und dem Rotor 2 beschrieben wird, ist die Struktur der elektrischen Verbindung zwischen der FPC 4 und dem Stator 3 im Wesentlichen die gleiche.
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3 ist eine perspektivische Ansicht der FPC 4 und des Anschlusselements 50, die veranschaulicht, wie sie an dem Gehäuseverdrahtungselement 7 montiert sind, 4 ist eine perspektivische Explosionsansicht von 3. Die 3 und 4 sind perspektivische Ansichten, die von radial innen betrachtet werden und einen Teil der FPC 4 schematisch darstellen, der sich linear erstreckt, wie in 2.
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Das Gehäuseverdrahtungselement 7 umfasst eine erste Oberfläche 71 und eine zweite Oberfläche 72. Die radiale Richtung ist die Richtung der Normalen zur ersten Oberfläche 71, und die axiale Richtung ist die Richtung der Normalen zur zweiten Oberfläche 72. Die erste Oberfläche 71 kann keine planare Oberfläche sein, sondern eine gekrümmte Oberfläche mit leichter Krümmung (z.B. eine gekrümmte Oberfläche, die sich entlang der inneren Umfangswand 8 des Rotors 2 erstreckt).
Das Gehäuseverdrahtungselement 7 ist eine geformte Verbindungsvorrichtung (MID), bei der Drähte usw. auf einem spritzgegossenen Produkt gebildet werden. Es kann jedes beliebige Verfahren zum Bilden des MID verwendet werden, z.B. ein 1-Komponenten-Verfahren (One-Shot-Verfahren) oder ein 2-Komponenten-Verfahren (Two-Shot-Verfahren). So können beispielsweise die Drähte (die Drähte 74, wie nachstehend beschrieben) durch Plattieren oder Verdampfen auf einer Harzstruktur gebildet werden, die das Gehäuseverdrahtungselement 7 bildet.
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In dem in den 3 und 4 dargestellten Beispiel werden die Drähte 74 auf der ersten Oberfläche 71 und der zweiten Oberfläche 72 gebildet. Somit erstrecken sich die Drähte 74 sowohl über die erste Oberfläche 71 als auch über die zweite Oberfläche 72. Obwohl die 3 und 4 zwei Drähte 74 zeigen, können ein oder drei oder mehr Drähte 74 gebildet werden.
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Ein Ende der FPC 4 ist mit der ersten Fläche 71 des Gehäuseverdrahtungselements 7 verbunden. Wie in 4 dargestellt, sind Formstifte 711 zum Positionieren und Abstützen der FPC 4 auf der ersten Oberfläche 71 des Gehäuseverdrahtungselements 7 vorgesehen, um vorzugsweise in das Gehäuseverdrahtungselement 7 integriert zu werden, zum Beispiel mit dem gleichen Harz wie das Harz, das das Gehäuseverdrahtungselement 7 bildet. Entsprechend weist die FPC 4 Löcher 42 auf, in die die Formstifte 711 eingesetzt werden sollen. Eine Vielzahl von Sätzen von Formstiften 711 und Löchern 42 sind vorgesehen. In den 3 und 4 sind vier Sätze vorgesehen. Die FPC 4 wird am Gehäuseverdrahtungselement 7 befestigt, indem die Formstifte 711 durch die Löcher 42 geführt und die Formstifte 711 verpresst werden.
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Dadurch kann die FPC 4 positionsgenau am Gehäuseverdrahtungselement 7 befestigt werden. Da die FPC 4 auf diese Weise am Gehäuseverdrahtungselement 7 positioniert und gehalten werden kann, kann die elektrische Verbindung zwischen den Klemmen (die Drähte 74 und die Drähte der FPC 4) mit einer einfachen Konfiguration zuverlässig realisiert werden. Die Drähte 74 auf der ersten Oberfläche 71 und die Drähte der FPC 4 können beispielsweise mit einem Lot oder einem leitenden Klebstoff verbunden werden. So kann beispielsweise eine Lotpaste (z.B. ein Creme-Lot) vor der Montage der FPC 4 aufgetragen werden, und nach dem Kneten kann die Verbindung durch ein Reflowverfahren hergestellt werden. In diesem Fall besteht das Gehäuseverdrahtungselement 7 vorzugsweise aus einem hinsichtlich der Löttemperatur beständigen Harz.
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Das Anschlusselement 50 ist elektrisch mit der zweiten Oberfläche 72 des Gehäuseverdrahtungselements 7 verbunden. Insbesondere ist das Anschlusselement 50 auf der zweiten Oberfläche 72 des Gehäuseverdrahtungselements 7 montiert, und die Anschlüsse 52 des Anschlusselements 50 sind elektrisch mit den Leitungen 74 auf der zweiten Oberfläche 72 verbunden. In dem in den 3 und 4 dargestellten Beispiel sind Laschen 780 zum Einrasten in entsprechende Nuten 540 (siehe 4) des Anschlusselements 50 und ein Passloch 782, in dem ein Vorsprung 530 (siehe 4) des Anschlusselements 50 auf der zweiten Oberfläche 72 des Gehäuseverdrahtungselements 7 vorgesehen. Die Drähte 74 auf der zweiten Oberfläche 72 und die Anschlüsse 52 können beispielsweise mit einem Lot oder einem leitenden Klebstoff verbunden werden.
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Das Anschlusselement 50 ist in Form einer Stiftleiste mit einer Vielzahl von Stiften 521, die sich in Z-Richtung erstrecken. In dem in den 3 und 4 dargestellten Beispiel ist die Anzahl der Vielzahl der Stifte 521 zwei, von denen jeder mit einer der entsprechenden Anschlüsse 52 integriert ist. Das Anschlusselement 50 wird in einen Anschlussabschnitt 2B (siehe 1 und 2) des Rotors 2 eingesetzt. Die Stifte 521 dienen als Klemmen (externe Klemmen) im Steckerabschnitt 2B.
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Da die FPC 4 und das Anschlusselement 50, wie vorstehend beschrieben, über das Gehäuseverdrahtungselement 7 elektrisch verbunden sind, bietet auch die Verwendung der FPC als FPC 4 einen kostengünstigen drehbaren Verbinder 1. Da es sich bei dem Gehäuseverdrahtungselement 7 um ein harzgeformtes Produkt handelt, verfügt es über einen hohen Grad an Formfreiheit, was eine einfache elektrische Verbindung mit der FPC 4 ermöglicht, die selbst bei einer im Wesentlichen rechteckigen Form besteht. Somit erhöht die Bereitstellung der FPC 4 in einer im Wesentlichen rechteckigen Form die Ausbeute bei der Herstellung einer Vielzahl von FPCs 4 aus einem im Wesentlichen rechteckigen Foliensubstrat, was eine Kostenreduzierung ermöglicht. Mit anderen Worten, die im Wesentlichen rechteckige Form der FPC 4 ermöglicht es, eine Vielzahl von FPCs 4 mit minimalen Abständen im Foliensubstrat zu bilden, was die Ausbeute verbessert und eine Kostenreduzierung erlaubt.
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Darüber hinaus weist das Gehäuseverdrahtungselement 7 gemäß der vorliegenden Ausführungsform die erste Oberfläche 71 auf, deren radiale Richtung die Richtung der Normalen zur ersten Oberfläche 71 ist, und die FPC 4 ist auf der ersten Oberfläche 71 elektrisch verbunden. In einem vergleichbaren Beispiel, in dem ein FPC auf der zweiten Oberfläche 72 des Gehäuseverdrahtungselements 7 (nicht dargestellt) elektrisch verbunden ist, muss der FPC mehrmals gebogen (z.B. um 45 Grad gebogen) werden, um von der Oberseite der zweiten Oberfläche 72 in Umfangsrichtung verlängert zu werden. In diesem Zusammenhang ist das FPC 4 gemäß der vorliegenden Ausführungsform auf der ersten Oberfläche 71, wie vorstehend beschrieben, elektrisch verbunden. Dadurch entfällt das Biegen wie im Vergleichsbeispiel, was die Montage erleichtert und den Einfluss von Schwankungen der Biegepositionen oder dergleichen eliminiert.
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Obwohl die Ausführungsformen vorstehend ausführlich beschrieben wurden, ist zu verstehen, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die spezifischen Ausführungsformen beschränkt ist, und dass Innerhalb der Erfindung verschiedene Änderungen und Modifikationen vorgenommen werden können, wie nachfolgend dargelegt. Darüber hinaus können alle oder eine Vielzahl von Komponenten der vorstehenden Ausführungsformen kombiniert werden.
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So ist beispielsweise in den obigen Ausführungsformen eine FPC 4 mit einem Gehäuseverdrahtungselement 7 elektrisch verbunden. Alternativ kann eine Vielzahl von FPCs 4 an ein Gehäuseverdrahtungselement 7 angeschlossen werden. In dem in 5 dargestellten Beispiel sind beispielsweise zwei FPCs 4A und 4B elektrisch mit einer ersten Oberfläche 71A eines Gehäuseverdrahtungselements 7A verbunden. In diesem Fall können zwei Anschlusselemente 50A und 50B elektrisch mit einer zweiten Oberfläche 72A des Gehäuseverdrahtungselements 7A verbunden werden, wie in 5 dargestellt. In dem in 5 dargestellten Beispiel sind zwei Sätze von Drähten (zwei Drähte 74A und zwei Drähte 74B) für die entsprechenden FPCs 4A und 4B vorgesehen. Für den Fall, dass eine Vielzahl von FPCs 4 elektrisch mit einem Gehäuseverdrahtungselement 7 verbunden sind, wie in 5 dargestellt, kann die Anzahl der Komponenten des Gehäuseverdrahtungselements 7 für ein FPC 4 reduziert werden. Dabei muss lediglich die Vielzahl der FPCs 4 auf eine Vorrichtung zum einmaligen Verbinden mit dem Gehäuseverdrahtungselement 7 eingestellt werden, was den Vorteil bietet, die Baugruppenleistung zu verbessern.
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In den vorstehenden Ausführungsformen ist die FPC 4 an beiden Enden über das Gehäuseverdrahtungselement 7 mit den externen Klemmen (externe Klemmen auf der Rotor-2-Seite und der Stator-3-Seite) elektrisch verbunden. Alternativ kann nur ein Ende über das Gehäuseverdrahtungselement 7 elektrisch mit der externen Klemme verbunden werden. In diesem Fall kann das andere Ende der FPC 4 auf beliebige Weise elektrisch mit dem externen Anschluss verbunden werden.
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Obwohl die vorliegende Erfindung mit Bezug auf die Ausführungsformen beschrieben wurde, ist die vorliegende Erfindung nicht auf die oben genannten Ausführungsformen beschränkt, und im Rahmen der Erfindung können verschiedene Änderungen vorgenommen werden.
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Diese Anmeldung stützt sich auf die am 21. Juni 2017 eingereichte
japanische Patentanmeldung Nr. 2017-121725 , die hiermit durch Bezugnahme hierin in ihrer Gesamtheit aufgenommen wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- DREHBARER VERBINDER
- 2
- ROTOR
- 2B
- ANSCHLUSSTEIL
- 3
- STATOR
- 4
- FPC
- 4A
- FPC
- 4B
- FPC
- 7
- GEHÄUSEVERDRAHTUNGSELEMENT
- 7A
- GEHÄUSEVERDRAHTUNGSELEMENT
- 8
- INNERE UMFANGSWAND
- 9
- ÄUSSERE UMFANGSWAND
- 42
- LOCH
- 50
- ANSCHLUSSELEMENTE
- 50A
- ANSCHLUSSELEMENT
- 50B
- ANSCHLUSSELEMENT
- 52
- ANSCHLÜSSE
- 71
- ERSTE OBERFLÄCHE
- 71A
- ERSTE OBERFLÄCHE
- 72
- ZWEITE OBERFLÄCHE
- 72A
- ZWEITE OBERFLÄCHE
- 74
- DRAHT
- 74A
- DRAHT
- 74B
- DRAHT
- 521
- STIFT
- 530
- VORSPRUNG
- 540
- NUTEN
- 711
- FORMSTIFT
- 780
- LASCHE
- 782
- PASSLOCH
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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