DE2805347A1 - ELECTRICAL MACHINE - Google Patents
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Description
9 Q Π C O / *79 Q Π C O / * 7
Eisen- und Metallindustrie ζ d.ouOOH t Iron and metal industry ζ d.ouOOH t
E. BLUM KGE. BLUM KG
EridvrBlum-Straße 33 0321-1EridvrBlum-Strasse 33 0321-1
7143 Vaihingen / Enz 2 °3· Februar 19787143 Vaihingen / Enz 2 ° 3 February 1978
Elektrische MaschineElectric machine
nie Erfindung betrifft eine elektrische Maschine, wie Transformator, Drosselspule, Motor, Generator od. dgl., deren Eisenkern aus einer Vielzahl von Einzellagen zusammengesetzt ist.The invention never relates to an electrical machine, such as a transformer, Choke coil, motor, generator or the like, whose iron core is composed of a large number of individual layers is.
Bei einer solchen elektrischen Maschinenart, nämlich bei Transformatoren, ist es bereits bekannt geworden, den Eisenkern dadurch zu bilden', daß einzelne Kernteile aus übereinander geschichteten bzw. lameliierten Blechen bestehen, zu dem Eisenkern zusammengesetzt werden, wobei die Kernteile über Stoßstellen aneinander anliegen.With such an electrical machine type, namely with transformers, it has already become known to form the iron core in that individual core parts are layered one on top of the other or lamellated metal sheets are made to form the iron core, the core parts being joined to one another via joints issue.
Bei anderen elektrischen Maschinen, wie beispielsweise Generatoren und Motoren ist es bekannt geworden, den Eisenkern, z. B. des Stators, durch ein Paket von gestanzten lamellenartigen Ringen zu bilden. Weiterhin ist es bekannt geworden, insbesondere bei größeren Generatoren oder Motoren den Stator aus einzelnen Blechsegmenten zu einem liohlzylinder zu legen bzw. zu schachteln.In other electrical machines, such as generators and motors it has become known to use the iron core, e.g. B. the stator, through a package of stamped lamellar rings form. Furthermore, it has become known, especially in the case of larger generators or motors, to make the stator from individual sheet metal segments to put or nest in a oil cylinder.
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Bei den oben erwähnten Transformatoren besteht der Nachteil, daß an den Stoßstellen, an denen die magnetischen Kraftlinien umgelenkt werden - nachdem diese stets den kürzesten Weg wählen es an den Eckzonen der Übergangsstellen der Eisenkerne zu einer Verdichtung und damit einer Übersättigung kommt, was örtliche überhitzung bis zum Abbrand und'weiterhin Wirbelstromverluste zur Folge hat.The above-mentioned transformers have the disadvantage that at the joints where the magnetic lines of force be diverted - after they always choose the shortest path, it is at the corner zones of the transition points of the iron cores to one Compression and thus an oversaturation occurs, which leads to local overheating until burn-up and further eddy current losses Consequence.
Bei aus gestanzten Ringen gebildeten Statoren von Elektromotoren oder Generatoren besteht der Nachteil eines großen Materialverlustes, während bei aus Ringsegmenten gelegten Statoren für Generatoren oder Motoren der Nachteil besteht, daß eine komplizierte und aufwendige Montagearbeit besteht, nachdem die einzelnen Segmente versetzt geschichtet werden müssen, um jeden Luftspalt auf beiden Seiten von einem Segmentblech zu überdecken, damit möglichst wenig Kraftlinien an den Luftspalten austreten können.In the case of stators of electric motors or formed from punched rings Generators have the disadvantage of a large loss of material, while stators made up of ring segments for generators or motors have the disadvantage that a complicated and expensive Assembly work consists after the individual segments have to be staggered layered around each air gap on both sides to be covered by a segment plate so that as few lines of force as possible can emerge at the air gaps.
Der vorliegenden Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, eine elektrische Maschine zu schaffen, deren Herstellung preiswerter möglich ist als bei den bisherigen, indem nämlich sowohl die Montagearbeit als auch der Materialeinsatz verringert werden kann und die sich darüberhinaus durch guten Wirkungsgrad und geringe elektrische Verluste auszeichnet. The present invention had the object of providing an electrical To create machine, the production of which is cheaper than the previous one, namely by both the assembly work as the use of materials can also be reduced and which is also characterized by good efficiency and low electrical losses.
Gemäß der Erfindung wird dies bei einer elektrischen Maschine der eingangs erwähnten Art dadurch erzielt, daß ein Eisenkern ausAccording to the invention, this is achieved in an electrical machine of the type mentioned in that an iron core
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ζ. Β. Blechlagenζ. Β. Sheet metal layers
mehreren, aus lameliierten Lagen, gebildeten Einzelkernteilen zusammensetzbar ist, und zwar über Stoßstellen, die derart ausgebildet sind, daß umgekehrt proportional zur Länge der magnetischen Kraftlinienwege ein sich verändernder magnetischer Widerstand entsteht und die Stoßstellen, falls sie durch eine Materiälabtragung gebildet sind, wie z. B. durch Schleifen, einer Behandlung zur Entfernung einer eventuell zuvor gebildeten metallischen Verbindung zwischen den einzelnen Lagen , wie des Schleif grates, unterworfen sind, und daß zwischen den Stoßstellen der einzelnen Kernteile ein Fremdmaterial vorgesehen ist.several, from laminated layers, formed individual core parts can be put together, via joints that are designed such that inversely proportional to the length of the magnetic lines of force paths a changing magnetic resistance arises and the joints, if they are formed by a material removal, such. B. by grinding, a treatment to remove any previously formed metallic connection between the individual layers, such as the grinding burr, are subject, and that between the joints of the individual core parts a foreign material is provided.
Die Herstellung der Kernteile für Transformatoren kann z. B. durch Übereinschichten von .z. B. rechteckig ausgestanzten Einzelblechen erfolgen, die durch Verkleben, Verschrauben, Vernieten, Verschweißen od. dgl. zusammengehalten werden können.The manufacture of the core parts for transformers can e.g. B. by layering .z. B. punched out rectangular Individual sheets are made that can be held together by gluing, screwing, riveting, welding or the like.
Die Herstellung einzelner lameliierter ;Einzelkernteile für Motoren und Generatoren kann z. B. durch Hersfellen eines Bandwickels und Trennen desselben erfolgen, wobei die einzelnen Lagen z. B. durch Verkleben miteinander verbunden sein können. Kernteile oder Zwischerikernteile für den Eisenkörper von Generatoren oder Motoren können aber auch durch Stanzen und übereinschichten erzeugt werden und der Zusammenhalt durch Verkleben, Vernieten, Verschrauben od. dgl. erfolgen.The manufacture of single laminated; single core parts for Motors and generators can e.g. B. be done by peeling a tape roll and separating the same, the individual Layers z. B. can be connected to one another by gluing. Core parts or intermediate core parts for the iron body of generators or motors can also be produced by punching and layering and the cohesion by gluing, Riveting, screwing or the like. Take place.
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Die Ausbildung der Stoßstellen derart, daß über die Länge bzw. Tiefe derselben ein sich verändernder magnetischer Widerstand entsteht, der umgekehrt proportional ist zur Länge der magnetischen Kraftlinien, kann beispielsweise dadurch erzielt werden, daß über die Stoßstellen der einzelnnen Kernteile ein sich verändernder Abstand vorherrscht, wobei die kürzeren Kraftlinienwege im Bereich des größeren Abstandes verlaufen. Dies bedeutet, daß beim kürzesten Weg der größte Luftspalt überwunden werden muß, während beim längsten Weg die Stoßflächen aneinander anliegen können. Dadurch verteilen sich die Kraftlinien auf die gesamte Stoßfläche zumindest annähernd gleichmäßig, insbesondere dann, wenn das Produkt aus dem z. B. durch den sich verändernden Abstand zwischen den Stoßstellen gebildeten magnetischen Widerstand und der Länge des Kraftlinienflusses über die Stoßstellenlänge bzw. Tiefe zumindest annähernd gleich groß ist. Dabei hat sich herausgestellt, daß dann, wenn der sich verändernde magnetische Widerstand durch einen sich verändernden Abstand gebildet wird, ein Winkel von 1-6, vorzugsweise von 1,5-3 Winkelminuten zwischen den Stoßstellen besonders vorteilhaft ist.The formation of the joints in such a way that over the length or depth of the same a changing magnetic Resistance arises which is inversely proportional to the length of the magnetic lines of force, for example can be achieved in that a changing distance prevails over the joints of the individual core parts, wherein the shorter force line paths in the area of the greater distance get lost. This means that the largest air gap must be overcome in the shortest path, while in the longest path the abutting surfaces can rest against one another. As a result, the lines of force are at least distributed over the entire impact surface approximately uniformly, especially when the product from the z. B. by the changing distance between the magnetic resistance formed at the joints and the length of the flux of the lines of force over the joint length or Depth is at least approximately the same. It has been found that when the changing magnetic Resistance is formed by a changing distance, an angle of 1-6, preferably 1.5-3 arc minutes between the joints is particularly advantageous.
Der sich verändernde magnetische Widerstand kann aber auch durch eine Zwischenlage gebildet sein, wobei die Zwischenlage so ausgebildet bzw. aus einem derartigen Material bzw. einer Zusammensetzung besteht, daß sich der Widerstand über die Länge bzw. Tiefe der Stoßstellen entsprechend verändert. Dabei kann dieThe changing magnetic resistance can, however, also be formed by an intermediate layer, the intermediate layer being formed in this way or consists of such a material or a composition that the resistance increases over the length or The depth of the joints changed accordingly. The
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Materialstärke zumindest annähernd gleich bleiben. Der veränderbare Widerstand kann aber auch durch eine Zwischenlage aus einem Material von zumindest annähernd gleichen Widerstandswert gebildet sein, wobei sich die Materialstärke entsprechend ändert.Material thickness will remain at least approximately the same. Of the The variable resistance can, however, also be at least approximately the same through an intermediate layer made of a material Resistance value be formed, the material thickness changing accordingly.
Zur Sicherung des Luftspaltes bzw, Abstandes beim Zusammenbau der einzelnen Blechpakete zu der elektrischen Maschine kann zwischen den Stoßstellen ein Streifen einer vorzugsweise nicht oder schwach magnetischen Folie von definierter Dicke zwischengelegt werden, z. B-. ein selbstklebendes Band, das sich lediglich über einen Teilbereich der Stoßstelle und quer zu dieser erstrerkt. ■To secure the air gap or distance during assembly of the individual laminated cores to the electrical machine can preferably not have a strip between the joints or weakly magnetic film of a defined thickness are interposed, e.g. B-. a self-adhesive tape that is merely Strengthened over a partial area of the joint and across it. ■
Die durchgehende Stoßstelle kann zweckmäßigerweise zur Vermeidung eines zu hohen Gesamtluftspaltes durch Schleifen hergestellt werden. Dabei kann an einem oder an beiden der aneinander gegenüberliegenden Stoßstellen eine Schräge vorgesehen sein. Die durch diese Behandlung gebildeten Verbindungen der Blechlagen untereinander, z. B. durch den Schleifgrat, durch den ein magnetischer und auch elektrischer Kurzschluß entsteht, was wiederum hohe Wirbel-Ströme und damit eine unzulässig hohe Erwärmung zur Folge hat, wird .zweckmäßigerweise durch eine Materialabtragung beseitigt. Dies kann z. B. durch Scheuern, Trowalisieren, elektrolytisches Abtragen oder Läppen erfolgen.The continuous joint can expediently for avoidance too high a total air gap can be produced by grinding. It can be on one or both of the opposite Joints a bevel can be provided. The connections between the sheet metal layers formed by this treatment, z. B. through the grinding burr, through which a magnetic and electrical short circuit occurs, which in turn leads to high eddy currents and thus leads to an inadmissibly high level of heating, it is expediently eliminated by removing material. This can e.g. B. by scrubbing, tumbling, electrolytic removal or lapping.
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Für manche Anwendungs fälle hat sich ein Strahlprozeß, wie beispielsweise Sandstrahlen, als besonders ökonomisch und wirksam erwiesen.For some applications has a blasting process, such as sandblasting, for example, has proven to be particularly economical and effective.
Es kann von besonderem Vorteil sein, wenn die Blechlagen zweier aneinander stoßender Blechpakete derart liegen, daß sie sich gitterartig kreuzen. Dadurch kann der effektive Eisenquerschnitt optimal genutzt werden und es steht jedes Blech des des einen Kernes mit jedem Blech des anderen in Verbindung. It can be of particular advantage if the sheet metal layers two abutting sheet metal stacks lie in such a way that they cross each other like a grid. This allows the effective Iron cross-section are optimally used and each sheet of one core is connected to each sheet of the other.
Es kann weiterhin von Vorteil sein, wenn die Kernteile aus Blechen unterschiedlicher Permeabilität bestehen. InfolgecOssen haben also entweder die Bleche der Kernteile untereinander und/oder die Kernteile zueinander unterschiedliche MagnetisierungsVerluste.It can still be beneficial if the core parts are made Sheets of different permeability exist. Follow-up boxes either have the sheet metal of the core parts magnetization losses differing from one another and / or the core parts from one another.
Es kann dann aus Blechen mit magnetischer Vorzugsrichtung bestehen, die infolge der Kernorientierung ihres Werkstoffs geringere MagnetisierungsVerluste haben.It can then consist of sheet metal with a preferred magnetic direction, which have lower magnetization losses due to the core orientation of their material.
Obwohl eines der Kernteile eines auf diese Weise gebildeten Manteltransformators aus geringerwertigem Werkstoff bestehen kann, ist es dennoch möglich, eine sehr hohe Leistung des Trans formators zu erzielen.Although one of the core parts of a sheathed transformer formed in this way consist of inferior material can, it is still possible to achieve a very high performance of the transformer.
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Anhand der Figuren 1 - 3 sei die Erfindung näher erläutert. Dabei zeigt Figur 1 die Erfindung anhand eines Transformators, Figur 2 undThe invention will be explained in more detail with reference to FIGS. 1-3. Figure 1 shows the invention using a transformer, Figure 2 and
Figur 3 die Erfindung anhand eines Stators für Elektromotoren oder Generatoren.FIG. 3 shows the invention using a stator for electric motors or generators.
Der Eisenkörper I des Transformators gemäß Figur 1 besteht aus zwei Schenkelkernen 1 und einem dazwischenliegenden Kernteil 2. Die Schejkelkernpakete 1 sind durch eine Mehrzahl von Einzelblechen ι a und der Kernteil 2 aus einer Mehrzahl von Einzelblechen 2 a gebildet die aus wenigstens auf einer Seite mit einem Klebelack versehenen Blechen gestanzt, durch eine Wärmebehandlung miteinander verbunden und so zusammengehalten sein können. Die einzelnen Lagen können aber auch - gegebenenfalls zusätzlich- durch eine Schweißnaht 1 b oder 2 b miteinander verbunden sein.The iron body I of the transformer according to FIG. 1 consists of two leg cores 1 and a core part 2 lying in between. The Schejkel core packets 1 are formed by a plurality of individual sheets ι a and the core part 2 from a plurality of individual sheets 2 a formed, punched from sheets provided with an adhesive varnish on at least one side, by means of a heat treatment with one another connected and thus held together. However, the individual layers can also - if necessary additionally - by a weld seam 1 b or 2 b be connected to each other.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Blechlagen der Einzelkerne 1 und 2 derart zueinander vorgesehen, daß sie sich gitterartig kreuzen, d. h. in einem rechten Winkel zueinander liegen. Die Kerne 1 und 2 liegen über Stoßstellen 1 c, 2 c aneinander an bzw. einander gegenüber, wobei zwischen den einzelnen Stoßstellen 1 c und 2 c bzw. 2 c und 1 c ein sich verändernder magnetischer Widerstand vorgesehen ist, der im vorliegenden Ausführungsbeispiel durch einen sich verändernden Abstand 3 gebildet ist, der so bemessen ist,In the illustrated embodiment, the sheet metal layers are the individual cores 1 and 2 are provided to one another in such a way that they cross each other in a grid-like manner, d. H. are at right angles to each other. the Cores 1 and 2 rest on or opposite one another via joints 1 c, 2 c, with 1 c between the individual joints and 2 c or 2 c and 1 c a changing magnetic resistance is provided, which in the present embodiment a changing distance 3 is formed, which is dimensioned so that
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daß er im Bereich der kürzeren Kraftlinienwege 4 am größten und im Bereich der größeren Kraftlinienwege 5 am kleinsten ist. Dort können die Blechkörper sogar aneinander anstoßen.that it is greatest in the area of the shorter force line paths 4 and smallest in the area of the larger force line paths 5 is. The sheet metal bodies can even hit one another there.
Die Blechlagen 1 a und 2 a können aber auch in der gleichen Ebene verlaufen, also parallel zueinander sein.The sheet metal layers 1 a and 2 a can also be in the same Run level, so be parallel to each other.
Die Stoßstellen 1 c und 2 c, die vorteilhafteiweise in einem Winkel von 1-6, vorzugsweise von 1,5-3 Winkelminuten zueinander liegen, werden zweckmäßigerweise durch Schleifen hergestellt und die Schleifgrate danach entfernt. Dies kann durch Läppen , Trowalisieren, Scheuern, durch elektrolytisches Abtragen erfolgen, oder aber durch einen Strahlprozeß, wie beispielsweise Sandstrahlen.The joints 1 c and 2 c, which are advantageously in one Angles of 1-6, preferably 1.5-3 arc minutes to each other, are expediently made by grinding and the grinding burrs are then removed. This can be done by lapping, tumbling, rubbing, or electrolytic Ablation take place, or by a blasting process, such as Sandblasting.
Zur Einhaltung eines exakten Abstandes 3 zwischen den Stoßstellen 1 c und 2 c kann Fremdmaterial, z. B. in Form von Folienstreifen, vorzugsweise selbstklebenden Folienstreifen aus nicht magnetischem Material vorgesehen werden.To maintain an exact distance 3 between the joints 1 c and 2 c, foreign material such. B. in the form of Foil strips, preferably self-adhesive foil strips made of non-magnetic material are provided.
Die Verbindung der Kernteile 1 und 2 kann z. B. durch einendurch die Bohrungen 1 d, 2 d geführten Niet oder aber durch eine Gewindestange 7 erfolgen, wobei es besonders vorteilhaft ist, wenn zwischen den entsprechenden Muttern 8 und den Kernteilen 1 Leisten 9 vorgesehen werden, die ein Verziehen der einzelnen Blechlamellen zueinander verhindern.The connection of the core parts 1 and 2 can, for. B. by a through the holes 1 d, 2 d guided rivet or else done by a threaded rod 7, it being particularly advantageous is when between the corresponding nuts 8 and the core parts 1 strips 9 are provided that warping the individual sheet metal lamellas to prevent each other.
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Figur 2 zeigt einen Statorkörper 11, der aus mehreren Einzelblechpaketen bzw. -Kernen 12, 13 zusammengesetzt werden kann. Dabei können die lameliierten Bleche des Kernes 12 aus einem Bandwickel bestehen, der nach dem Wickeln in Segmente aufgeteilt wird» Dabei kann ein Blech verwendet werden, welches zumindest auf einer Seite mit einem Klebelack versehen ist und durch Erhitzen die einzelnen Blechlagen zusammengeklebt bzw. zusammengebacken werden, so daß nach dem Trennen ein jeweils in sich- zusammenhaltender Blechkörper gebildet wird. Die Blechkernsegmente können aber auch gegebenenfalls zusätzlich oder aber alleine durch eine Schweißnaht 14 zusammengehalten werden.Figure 2 shows a stator 11, which consists of several individual laminated cores or cores 12, 13 can be assembled. The laminated sheets of the core 12 can be made of one Tape wrap, which is divided into segments after wrapping »A sheet metal can be used, which is provided with an adhesive varnish on at least one side and the individual sheet metal layers are glued together or are baked together, so that after separation a sheet metal body that is held together is formed. The sheet metal core segments but can also optionally be held together by a weld 14, either in addition or on their own.
Das Blechpaket 13 der Polschuhe kann durch Stanzen und anschließende Hitzebehandlung - falls ein Blech mit Klebeschicht verwendet wird. - zu einem Blechpaket zusammengefaßt werden und gegebenenfalls zusätzlich oder aber auch alleine durch eine Schweißnaht 15 das Blechpaket zusammengehalten werden.The laminated core 13 of the pole shoes can be punched and then Heat treatment - if a sheet with an adhesive layer is used. - be combined to form a laminated core and optionally additionally or also solely by a weld 15, the laminated core can be held together.
Die Stoßstellen 12 a und 13 a der einzelnen Blechpakete 12 und haben umgekehrt proportional zur Länge der sich bildenden bzw. zu bildenden magnetischen Kraftlinien einen sich verändernden magnetischen Widerstand, der hier durch einen sich entsprechend verändernden Abstand 6 gebildet wird, wobei im Bereich der größten Kraftlinienwege der geringste Abstand und im Bereich der kleinsten Kraftlinienwege der größte Abstand vorgesehen ist. Zur Einhaltung des Abstandes_ist eine Folie 17 zwischen den Stoßstellen vorgesehen.The joints 12 a and 13 a of the individual laminations 12 and have a changing magnetic force inversely proportional to the length of the magnetic lines of force being formed or to be formed Resistance, which is formed here by a correspondingly changing distance 6, the largest being in the area Force line paths the smallest distance and in the area of the smallest Force line paths the greatest distance is provided. To maintain the distance, a film 17 is provided between the joints.
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Die Stoßstellen 12 a und 13 a können ebenfalls , wie in Figur 1, durch Schleifen gebildet sein und die elektrische bzw. magnetische Verbindungen, die dadurch gebildet wurden, z. B. durch Sandstrahlen entfernt sein.The joints 12 a and 13 a can also, as in Figure 1, be formed by loops and the electrical or magnetic connections that have been formed thereby, e.g. B. by Sandblasting away.
Die Einzelbleche 12 b und 13 b der Blechpakete 12 und 13 können dabei so zueinander vorgesehen sein, daß sie sich gegenseitig gitterartig kreuzen.The individual sheets 12 b and 13 b of the laminated cores 12 and 13 can be provided in such a way to each other that they cross each other like a grid.
Der Stator 18 gemäß Figur 3 ist aus mehreren Blechpaketen 19 zusammengesetzt, die wiederum aus Einzelblechen 19 a gebildet sind, beispielsweise durch gegenseitiges Verkleben. Die Stoßstellen 19 b zweier aneinander stoßender Bledipakete haben untereinander einen sich verändernden Abstand 20, der sich derart verändert, daß im Bereich der kürzeren Kraftlinienwege der größte Abstand befindet. Die durch Materialabtragung gebildeten Stoßstellen 19 b werden zweckmäßigerweise durch Sandstrahlen oder einen anderen Materialab trageprozeß, der die Verbindungen von einer Blechlage zur anderen beseitigt, behandelt. Zwischen den Kernen ist eine Folie 24 zur Einhaltung des Abstandes vorgesehen.The stator 18 according to Figure 3 is composed of several laminated cores 19, which in turn are formed from individual sheets 19 a, for example by mutual gluing. The joints 19 b of two abutting Bledi packets have one below the other changing distance 20, which changes in such a way that the greatest distance is in the region of the shorter force line paths. The joints 19 b formed by material removal are expediently removed by sandblasting or some other material carrying process, which removes the connections from one sheet metal layer to the other. Between the cores is a film 24 for Compliance with the distance provided.
Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern bezieht sich auch auf andere Eisenkerne verschiedener statischer oder dynamischer elektrischer Maschinen, z. B. auch solchen, bei denen wenigstens einzelne Kernteile aus gebündelten Drähten hergestellt sein können.The invention is not limited to the illustrated embodiments limited, but also refers to other iron cores different static or dynamic electrical machines, e.g. B. also those in which at least individual core parts are bundled Wires can be made.
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