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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft im Allgemeinen eine Sicherungsbefestigung und im Besonderen eine Strommess-Sicherungsbefestigung zum platzsparenden Montieren eines Stromsensors mit einer Sicherung.
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Stand der Technik
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Im heutigen Automobilbau nimmt die Anzahl an elektrischen Komponenten, die gesteuert werden müssen, immer weiter zu. Das gilt nicht nur im Bereich der Elektromobilität, bei der der komplette Antriebsstrang eines Fahrzeugs elektrisch betrieben wird, sondern auch bei Fahrzeugen mit herkömmlichen Antriebsaggregaten sowie auch im Nutzfahrzeugbereich. Dabei nimmt die Komplexität der Steuerungssysteme auch dadurch immer weiter zu, dass immer mehr elektrische Teilsysteme elektrisch abgesichert werden müssen und es muss eine Messung des Stroms erfolgen, um steuerungstechnisch in die Funktion der Komponenten eingreifen zu können. Auf der anderen Seite bleibt der für elektrische Steuerungskomponenten vorhandene Bauraum weiterhin begrenzt. Entwickler stehen deshalb vor der Aufgabe, die zusätzlichen, elektrischen und elektronischen Komponenten für die Steuerung in geeigneter Weise unterzubringen und gleichzeitig auf hohe mechanische Stabilität, geringen Platzbedarf und Kosteneffizienz zu achten.
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Dieser Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, eine weiterentwickelte Befestigung für eine Sicherung vorzustellen, die platzsparend ist und zusätzlich weitere Aufgaben erfüllt.
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Kurzbeschreibung der Erfindung
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Die oben genannte Aufgabe wird durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruches gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den Figuren.
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Strommess-Sicherungsbefestigung zum platzsparenden Montieren eines Stromsensors mit einer Sicherung vorgestellt. Die Strommess-Sicherungsbefestigung kann eine Sicherung, deren flache Anschlusslasche einen Durchbruch aufweist, sowie einen Metallbolzen aufweisen, der in einer axialen Richtung einen Durchbruch aufweisen kann, und der eine Höhe aufweisen kann, die größer sein kann als eine Höhe eines Hall-Sensors, der in seinem mittleren Bereich einen axialen Durchbruch aufweisen kann. Dabei kann sich der Metallbolzen im Durchbruch des Hall-Sensors befinden, wodurch eine Bewegung des Hall-Sensors senkrecht zur axialen Richtung verhindert werden kann.
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Außerdem kann die Strommess-Sicherungsbefestigung einen Befestigungsbolzen aufweisen, der durch einen Durchbruch in einer Stromschiene, den Durchbruch im Metallbolzen, den Durchbruch in der flachen Anschlusslasche der Sicherung bis in ein Trägerelement verläuft und dort fixiert ist. Dadurch können die Stromschiene, der Metallbolzen, die Sicherung und der Befestigungsbolzen gegeneinander fixiert werden. Darüber hinaus kann der Hall-Sensor zusätzlich gegen Drehbewegungen gegenüber dem Metallbolzen gesichert sein.
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Detaillierte Beschreibung der Erfindung
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Folgende Begriffe und Ausdrücke werden in diesem Dokument genutzt:
Der Begriff „Strommess-Sicherungsbefestigung“ beschreibt eine Befestigungsvorrichtung für eine Sicherung – beispielsweise in einer Schaltbox im Automobilbau oder auch an oder in anderen Vorrichtungen in elektrischen Geräten – bei der auch gleichzeitig der Stromfluss, insbesondere Gleichstrom, gemessen werden kann.
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Der Begriff „Sicherung“ kann eine elektrische Sicherung, insbesondere eine Schmelzsicherung beschreiben, wie sie bekanntermaßen zur Absicherung von Strömen in der Elektromobilität oder auch im Automobilbau mit anderen Antriebsarten eingesetzt werden. Derartige Sicherungen bestehen üblicherweise aus einem meist runden Sicherungskörper in Form eines Zylinder an dessen Stirnseite sich flache Anschlusslaschen befinden, die üblicherweise mittels einer Schraube durch ein Loch bzw. einen Durchbruch in der Anschlusslasche angeschraubt werden können.
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Der Begriff „Federelement“ kann hier ein mechanisches Element, welches im zusammengedrückten Zustand eine expandierende Federkraft ausübt, beschreiben.
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Der Begriff „Hall-Sensor“ kann ein Messelement beschreiben, welches, wenn es von einem Strom – insbesondere Gocihstrom – durchflossen wird und in ein senkrecht dazu verlaufendes Magnetfeld gebracht wird, eine Ausgangsspannung liefert, die typischerweise proportional zum Produkt aus der magnetischen Feldstärke und dem Strom ist und dabei auf dem Hall-Effekt basiert.
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Die hier vorgestellte Strommess-Sicherungsbefestigung kann eine Reihe von Vorteilen aufweisen:
Einerseits kann eine Sicherung effektiv zusammen mit einem Strommesssensor – in Form eines Hall-Sensors – montiert werden. Die Montageform der Strommess-Sicherungsbefestigung lässt eine wiederholte Montage/Demontage für eine einfache Auswechslung der Sicherung zu. Gleichzeitig wird aber die Anforderung nach einer geringen Anzahl von Einzelkomponenten, sowie einer Integration einer Strommessungsmöglichkeit, erfüllt. Darüber hinaus ist die Strommess-Sicherungsbefestigung kompakt; braucht also nur geringen Bauraum. Zusätzlich ist sie nicht nur in Schaltboxen einsetzbar, sondern kann grundsätzlich an jedem beliebigen Ort in einem Fahrzeug – oder anderswo – verbaut werden. Damit kann ansonsten toter Bauraum besser genutzt werden. Außerdem kann sich durch die kombinierte Befestigung auch eine Einsparung an Gewicht und Kosten ergeben, da insgesamt weniger Bauteile bzw. Komponenten benötigt werden.
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Nachfolgend werden weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Gegenstände beschrieben.
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Vorteilhafterweise kann ein Federelement zwischen der Stromschiene und dem Hall-Sensor angeordnet sein, sodass der Hall-Sensor keine Bewegungen in axialer Richtung ausführen kann.
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Gemäß einer besonderen Ausführungsform kann sich innerhalb des Trägerelementes ein fixierter Gewindeeinsatz befinden, in den der Befestigungsbolzen eingeschraubt werden kann. Der Gewindeeinsatz kann aus Metall gefertigt sein und kann – wenn das Trägerelement aus Kunststoff besteht – in dieses eingepresst, eingeschraubt, eingegossen oder anderweitig an diesem befestigt sein. Das Trägerelement kann z.B. Teil einer (Hochvolt-)Schaltbox sein.
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Bei einer weiteren Ausführungsform der Strommess-Sicherungsbefestigung kann eine Drehbewegung des Hall-Sensors gegenüber dem Metallbolzen dadurch verhindert werden, dass ein Sicherungskörper an der flachen Anschlusslasche der Sicherung eine Drehung des Hall-Sensors verhindert. Beispielsweise kann der Hall-Sensor an seiner Außenseite eine rechteckige Form aufweisen und seine potentielle Drehbewegung kann durch ein enges Anliegen des Sicherungskörpers an eine Außenseite des Hall-Sensors blockiert sein.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Strommess-Sicherungsbefestigung kann eine Drehbewegungen des Hall-Sensors gegenüber dem Metallbolzen dadurch verhindert werden, dass der Metallbolzen auf seiner Außenseite eine in axialer Richtung verlaufende Finne aufweist, die in eine Nut des Hall-Sensors eingreift. Diese Nut liegt sinnvollerweise auch in axialer Richtung innerhalb des Durchbruchs des Hall-Sensors. Damit ergeben sich korrespondierende Elemente, die ein Verdrehen des Hall-Sensors gegenüber dem Metallbolzen effektiv verhindern.
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Wenn der Metallbolzen gegen ein Verdrehen geschützt ist, gilt das in gleichem Maße auch für den so befestigten Hall-Sensor. Alternativ ist es auch möglich, den Hall-Sensor mit einer Finne auszurüsten, die in eine Nut auf der Innenseite – d.h. im Durchbruch des Metallbolzens – eingreift. Auch auf diese Weise wird ein Verdrehen des Metallbolzens gegenüber dem Hall-Sensor verhindert.
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Gemäß einer effektiven, zusätzlichen Ausführungsform der Strommess-Sicherungsbefestigung kann der Metallbolzen elektrisch leitend und/oder ferro-magnetisch sein. Dies kann dadurch erreicht werden, dass der Metallbolzen beispielsweise aus Kupfer, Messing, Stahl, Edelstahl, Eisen, einem ähnlichen Metall oder einer entsprechenden Legierung besteht. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass eine zuverlässige, elektrische Verbindung zwischen der Stromschiene und der Anschlusslasche der Sicherung besteht.
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Gemäß einer besonders gestalteten zusätzlichen Ausführungsform der Strommess-Sicherungsbefestigung kann die Stromschiene derart geformt sein und an einer Außenseite des Hallsensors verlaufen, dass ein Verdrehen des Hall-Sensors gegenüber der Stromschiene verhindert werden kann. Das kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass die Stromschiene in Richtung des Hall-Sensors, der mindestens eine gerade Außenseite aufweist, abgewinkelt ist. Dies würde eine weitere oder alternative Fixierung des Hall-Sensors gegenüber den anderen Komponenten – alternativ zur Nut/Feder-Lösung – ermöglichen. Eine Fixierung des Hall-Sensors ist wünschenswert, um keine Fehlmessungen des Stromes, der durch den Metallbolzen fliest, zu provozieren.
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Gemäß einer zusätzlichen Ausführungsform der Strommess-Sicherungsbefestigung kann das Trägerelement Teil eines Gehäuses sein. Beispielsweise kann das Trägerelement an einem Boden einer Schaltbox befestigt sein oder Teil des Bodens sein. Dadurch ergeben sich interessante, effektive und kostengünstige Gestaltungsmöglichkeiten für ohnehin notwendige Schaltboxen. Alternativ kann das Trägerelement auch als Teil einer Seitenwand oder eines Deckels einer Schaltbox – sowohl innen als auch außen – geformt sein.
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Gemäß einer weiteren, vorteilhaften Ausführungsform der Strommess-Sicherungsbefestigung kann das Gehäuse aus isolierendem Material bestehen. Das gilt grundsätzlich auch für das Trägerelement selbst. Als isolierendes Material können Kunststoffe, Carbon-Kunststoffgemische und/oder Glasfaser verstärkte Kunststoffe zum Einsatz kommen. Grundsätzlich ist jedes isolierende Material geeignet. Auf diese Weise wird eine Isolierung der stromführenden Komponenten der Strommess-Sicherungsbefestigung gegenüber z.B. Masse gewährleistet.
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Gemäß einer weiteren effektiven Ausführungsform der Strommess-Sicherungsbefestigung kann sich der Sicherungskörper der Sicherung senkrecht vom Metall- und/oder Befestigungsbolzen weg erstrecken. Auf diese Weise sind handelsübliche Sicherungen mit Anschlusslaschen für die Strommess-Sicherungsbefestigung verbaubar und es ist nicht erforderlich – insbesondere für die Sicherung – Spezialbauteile zu verwenden.
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Gemäß einer weiteren optionalen Ausführungsform der Strommess-Sicherungsbefestigung kann die flache Anschlusslasche der Sicherung permanent mit dem Metallbolzen verbunden sein. Das kann zum Beispiel durch Löten oder Schweißen erreicht werden. Durch die permanente sowohl mechanische als auch elektrische Verbindung des Metallbolzens mit der Anschlusslasche der Sicherung kann auch eine Korrosion der Anschlusslasche und/oder des Metallbolzen an der gegenseitigen Berührungsfläche verhindert werden, wodurch eine höhere elektrische Zuverlässigkeit erreicht wird.
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Es wird darauf hingewiesen, dass Ausführungsformen der Erfindung mit Bezug auf unterschiedliche Erfindungsgegenstände beschrieben wurden. Insbesondere können einige Ausführungsformen der Erfindung mit Vorrichtungsansprüchen und anderen Ausführungsformen der Erfindung mit Verfahrensansprüchen beschrieben sein. Dem Fachmann wird jedoch bei der Lektüre dieser Anmeldung sofort klar werden, dass, sofern nicht explizit anders angegeben, zusätzlich zu einer Kombination von Merkmalen, die zu einem Typ eines Erfindungsgegenstandes gehören, auch eine beliebige Kombination von Merkmalen möglich ist, die zu unterschiedlichen Kategorien von Erfindungsgegenständen gehören.
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Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden beispielhaften Beschreibung derzeit bevorzugter Ausführungsformen. Die einzelnen Figuren der Zeichnungen dieser Anmeldung sind lediglich als schematisch, beispielhaft und als nicht maßstabsgetreu anzusehen.
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Kurze Beschreibung der Figuren
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1 zeigt einen Querschnitt durch die Strommess-Sicherungsbefestigung.
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2 stellt eine perspektivische Ansicht der Strommess-Sicherungsbefestigung dar.
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3 zeigt eine Draufsicht auf die Strommess-Sicherungsbefestigung.
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4 stellt den Hall-Sensor dar.
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Beschreibung von Ausführungsbeispielen
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Es wird darauf hingewiesen, dass Merkmale bzw. Komponenten von unterschiedlichen Ausführungsformen, die mit den entsprechenden Merkmalen bzw. Komponenten der Ausführungsformen nach gleich oder zumindest funktionsgleich sind, mit den gleichen Bezugszeichen oder mit einem anderen Bezugszeichen versehen sind, welches sich lediglich in seiner ersten Ziffer von dem Bezugszeichen eines (funktional) entsprechenden Merkmals oder einer (funktional) entsprechenden Komponente unterscheiden kann. Zur Vermeidung von unnötigen Wiederholungen werden bereits anhand einer vorher beschriebenen Ausführungsform erläuterte Merkmale bzw. Komponenten an späterer Stelle nicht mehr im Detail erläutert.
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Ferner wird darauf hingewiesen, dass die nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen lediglich eine beschränkte Auswahl an möglichen Ausführungsvarianten der Erfindung darstellen. Insbesondere ist es möglich, die Merkmale einzelner Ausführungsformen in geeigneter Weise miteinander zu kombinieren, sodass für den Fachmann mit den hier explizit dargestellten Ausführungsvarianten eine Vielzahl von verschiedenen Ausführungsformen als offensichtlich offenbart anzusehen sind.
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1 zeigt einen Querschnitt durch die Strommess-Sicherungsbefestigung 100. Bedingt durch die Querschnittsdarstellung erkennt man von der Sicherung nur eine Seitenansicht der Anschlusslasche 102. Sie ist eingeklemmt zwischen dem Metallbolzen 104 und dem hier dargestellten, grundsätzlich aber optionalen Gewindeeinsatz 118, der sich in dem Trägerelement 114 befindet.
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Um den Metallbolzen 104 herum ist der Hall-Sensor 106 angeordnet. Durch einen Durchbruch in der Stromschiene 112, den Metallbolzen 104, der Sicherungslasche 102 und optional in den in dem Trägerelement 114 fixierten Gewindeeinsatz 118 verläuft ein Befestigungsbolzen 110. Dargestellt ist er als Senkkopfschraube, deren Kopf in der Stromschiene 112 versenkt ist. Dabei handelt es sich allerdings um eine optionale Bauform. Jeder Art von Metallbolzen 110 – insbesondere jede Kopfform – ist denkbar. Der Befestigungsbolzen 110 kann entweder direkt in das Trägerelement 114 oder den Gewindeeinsatz 118 eingeschraubt werden. Alternativ kann der Befestigungsbolzen 110 auch direkt in das Trägerelement 114 zum Beispiel eingeklipst werden. Dazu können verschiedene Rastnasen auf der Außenseite des Befestigungsbolzens 110 und entsprechende Widerhaken in dem Trägerelement 114 vorhanden sein.
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Man erkennt auch, dass, wenn der Hall-Sensor 106 mindestens eine flache Seite aufweist, die in Richtung der Stromschiene 112 gerichtet ist, der Hallsensor 106 gegen Verdrehungen in axialer Richtung 108 gesichert ist. Die o.g. Nut-Feder-Alternative bezüglich des Hall-Sensors 106 und des Metallbolzens 104 ist in der Figur nicht dargestellt.
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Man erkennt auch, dass der Metallbolzen 104 eine Höhe aufweist, die größer ist als eine Höhe des Hall-Sensors 106. Damit wird verhindert, dass der von dem Befestigungsbolzen 110 ausgeübte Druck auf den Metallbolzen den Hall-Sensor 106 nicht beschädigen kann. Erkennbar ist auch, dass der Hallsensor 106 sich gegenüber dem Metallbolzen 104 in einer Richtung senkrecht zur axialen Richtung 108 nicht bewegen kann. Durch den Befestigungsbolzen 110 wird die Stromschiene 112 gegenüber dem Metallbolzen, der Anschlusslasche 102 – gegebenenfalls dem Gewindeeinsatz 118 – und dem Trägerelement 114 fixiert. Außerdem ist eine elektrische Verbindung von der Stromschiene 112 über den Metallbolzen 104 zur Anschlusslasche 102 gewährleistet. Dadurch, dass das Trägerelement 114 aus einem isolierenden Material besteht, kann kein Masseschluss der an der Strommess-Sicherungsbefestigung 100 beteiligten Komponenten entstehen.
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Weiterhin erkennt man ein Federelement 116, das zwischen der Unterseite der Stromschiene 112 und der Oberseite des Hall-Sensors 106 angeordnet ist. Dieses Federelement 116 verhindert eine Bewegung des Hall-Sensors 106 in axialer Richtung 108. Dadurch werden auch Toleranzen zwischen der Höhe des Metallbolzens 102 und der Höhe des Hall-Sensors 106 ausgeglichen. Es sei darauf hingewiesen, dass der Metallbolzen 102 immer etwas höher sein sollte als der Hall-Sensor 106 hoch ist, damit dieser nicht durch ein Festziehen des Befestigungsbolzens 110 beschädigt werden kann.
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Weiterhin erkennt man elektrische Anschlüsse 120 am Hall-Sensor 106 sowie einen Boden 122 eines Gehäuses, z.B. einer Schaltbox.
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2 stellt eine perspektivische Ansicht 200 der Strommess-Sicherungsbefestigung 100 dar. Leicht zu erkennen sind der Hall-Sensor 106, die Stromschiene 112 und der Kopf des Befestigungsbolzens 110. Links von dieser Anordnung ist die Sicherung 202 mit dem Sicherungskörper 204 dargestellt.
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3 zeigt eine Draufsicht 300 auf die Strommess-Sicherungsbefestigung 100. In dieser Darstellung erkennt man leicht den Kopf des Befestigungsbolzens 110. Um die Stromschiene 112 herum – aber darunter liegend – erstreckt sich der Hall-Sensor 106. Auf der linken Seite erkennt man die Sicherung 202 sowie den eigentlichen Sicherungskörper 204. Zwischen dem Sicherungskörper 204 und dem Hallsensor 106 ist in dieser Perspektive ein schmales Streifen der Anschlusslasche 102 der Sicherung 202 erkennbar. Es wird auch gut sichtbar, dass der Hall-Sensor 106 gegen ein Verdrehen durch den Sicherungskörper 204 geschützt ist. In einer realen Ausführungsform wäre der schmale Streifen der Anschlusslasche 102 vermutlich nicht erkennbar.
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4 stellt den Hall-Sensor 106 dar. Oben rechts in der Figur sind erneut die elektrischen Anschlüsse 120 des Hall-Sensors 106 erkennbar. Es sei darauf hingewiesen, dass es sich bei der abgebildeten Ausführungsform des Hall-Sensors 106 nur um ein Beispiel handelt. Andere Ausführungsformen des Hall-Sensors 106 sind vorstellbar. In der Mitte des Hall-Sensors 106 ist ein Durchbruch 402 dargestellt, in den der Metallbolzen 104 eingeschoben werden kann.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Strommess-Sicherungsbefestigung
- 102
- Anschlusslasche
- 104
- Metallbolzen
- 106
- Hallsensor
- 108
- axiale Richtung
- 110
- Befestigungsbolzen
- 112
- Stromschiene
- 114
- Trägerelement
- 116
- Federelement
- 118
- Gewindeeinsatz
- 120
- Anschlüsse des Hall-Sensors
- 122
- Boden von Schaltbox
- 200
- Perspektivische Ansicht der Strommess-Sicherungsbefestigung
- 202
- Sicherung
- 204
- Sicherungskörper
- 300
- Draufsicht auf die Strommess-Sicherungsbefestigung
- 400
- Perspektivische Ansicht eines beispielhaften Hall-Sensors
- 402
- Durchbruch durch den Hall-Sensor
