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Die Erfindung betrifft eine kühlbare Trägerplatte für Targets in Vakuumzerstäubungsanlagen.
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Zum Beschichten von Substraten unter Hochvakuum werden unter anderem großflächige, ebene Targets verwendet, deren Material durch Kathodenzerstäubung abgetragen und anschließend auf dem Substrat abgeschieden wird. Die Notwendigkeit, das Target aufgrund des Energieeintrags durch das hinter dem Target aufgebaute Magnetfeld zu kühlen, ist aus dem Stand der Technik bekannt.
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Dazu wird das Target auf einer kühlbaren Trägerplatte angeordnet. Üblicherweise ist die Trägerplatte durch eine großflächige Ausnehmung annähernd wannenförmig ausgestaltet, wobei die Ausnehmung durch das Target abgedeckt wird und so ein Hohlraum hinter dem Target gebildet wird, der zur Kühlung des Targets von einer Kühlflüssigkeit durchströmt wird. Diese Anordnung wird auch als Membranplatte oder Sandwichplatte bezeichnet.
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Nachteilig an dieser Lösung ist, dass die Kühlflüssigkeit nur mit einem sehr geringen Druck durch den Hohlraum geleitet werden darf, da sich ansonsten aufgrund des großen Differenzdrucks zwischen dem auf der einen Seite des Targets, d. h. im Hohlraum herrschenden Druck und dem auf der anderen Seite des Targets, d. h. im Innern der Vakuumkammer herrschenden Hochvakuum die Trägerplatte mitsamt dem darauf angebrachten Target verformt. Im Extremfall kann eine solche Verformung bis zum Versagen der Sandwich platte führen.
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Die zur optimalen Kühlung des Targets notwendige geringe Wandstärke der Trägerplatte steht ihrer mechanischen Stabilität konträr gegenüber und setzt der maximal möglichen Größe der Trägerplatte enge Grenzen. Darüber hinaus weist diese Lösung eine im Innern der Vakuumkammer liegende Wasser-Vakuum-Dichtung auf, die sich negativ auf die Prozesssicherheit der Beschichtungsanlage auswirkt.
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Ausgehend von diesem Stand der Technik besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine kühlbare Trägerplatte für Targets in Vakuumzerstäubungsanlagen anzugeben, die die Kühlung großflächiger Targets ermöglicht, eine hohe mechanische Stabilität aufweist eine prozesssichere Zu- und Ableitung des Kühlmittels ermöglicht und einen problemlosen Austausch verbrauchter Targets ermöglicht.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst durch eine kühlbare Trägerplatte mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.
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Die kühlbare Trägerplatte für Targets in Vakuumzerstäubungsanlagen mit einer Anschlussfläche und mindestens einer Befestigungsmittelaufnahme zum Anschluss der Trägerplatte an ein dafür vorgesehenes Bauteil, mindestens einem Dichtmittel zur Abdichtung der Anschlussfläche, mindestens einem Hohlraum zur Durchleitung eines Kühlmittels mit einem Kühlmitteleinlauf und einem Kühlmittelauslauf, und einer Aufnahmefläche zur Aufnahme eines Targets, ist dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlraum durch einen Kühlmittelkanal oder ein Netz von Kühlmittelkanälen gebildet ist, der bzw. das im Innern der Trägerplatte verläuft und der Kühlmittelkanal oder das Netz von Kühlmittelkanälen in der Querrichtung der Trägerplatte verlaufende, durch Bohren hergestellte Abschnitte und in der Längsrichtung der Trägerplatte verlaufende, durch Fräsen hergestellte Abschnitte aufweist.
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Im Unterschied zum Stand der Technik ist der Hohlraum, durch den das Kühlmittel geführt wird, nicht durch eine wannenförmige Ausnehmung in der Trägerplatte, sondern durch mindestens einen Kühlkanal gebildet. Unter einem Kühlkanal wird im Sinne dieser Anmeldung jede im Innern der Trägerplatte angeordnete, beispielsweise rohr- oder tunnelartig ausgebildete Kühlmittelleitung verstanden, deren Querschnitt über wesentliche Abschnitte annähernd konstant bleibt.
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Vorteilhaft sind mehrere durch einen Kühlmittelkanal oder ein Netz von Kühlmittelkanälen gebildete Hohlräume vorgesehen.
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Insbesondere bei Trägerplatten für Targets, deren Hauptmaße Länge und Breite sich stark unterscheiden, werden durch diese Maßnahme einzelne Teilflächen des Targets unabhängig voneinander gekühlt. Der Vorteil mehrerer kühlmittelführender Hohl räume besteht darin, dass die Länge der einzelnen Kühlmittelkanäle bzw. Netze von Kühlmittelkanälen gegenüber einem einzelnen Kühlmittelkanal bzw. einem einzelnen Netz von Kühlmittelkanälen verringert wird. Dadurch nimmt das Kühlmittel in jedem Kühlmittelkanal bzw. Netz von Kühlmittelkanälen eine geringere Wärmemenge auf, so dass die Differenz zwischen der Vorlauftemperatur und der Rücklauftemperatur jedes einzelnen Kühlmittelkanals bzw. Netzes von Kühlmittelkanälen sinkt, wodurch die Kühlleistung der Trägerplatte insgesamt erhöht wird.
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Vorzugsweise entspricht die Anzahl der durch einen Kühlmittelkanal oder ein Netz von Kühlmittelkanälen gebildeten Hohlräume dem gerundeten Verhältnis von Länge und Breite der Aufnahmefläche.
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Daraus folgt, dass beispielsweise bei einem Verhältnis von 3:1 zwischen der Länge und der Breite der Aufnahmefläche, die im Wesentlichen das entsprechende Verhältnis des aufzunehmenden Targets widerspiegelt, drei Kühlmittelkanäle bzw. Netze von Kühlmittelkanälen vorgesehen sind. Hieraus ergibt sich, dass jede von einem Kühlmittelkanal bzw. Netz von Kühlmittelkanälen gekühlte Teilfläche der Aufnahmefläche bzw. Fläche des Targets annähernd quadratisch ist. Die Breite der Aufnahmefläche bzw. des Targets muss ohnehin von jedem Kühlmittelkanal bzw. Netz von Kühlmittelkanälen überstrichen werden. Mit der Beschränkung der Teilfläche, die von einem Kühlmittelkanal bzw. Netz von Kühlmittelkanälen überstrichen wird, auf einen annähernd der Breite der Aufnahmefläche entsprechenden Abschnitt der Länge der Aufnahmefläche wird eine hohe Kühlleistung bei gleichzeitig geringer Anzahl von Kühlmittelkanälen bzw. Netzen von Kühlmittelkanälen erreicht.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist jeder Kühlmittelkanal mäanderförmig gestaltet.
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Durch die mäanderförmige Führung des Kühlmittelkanals im Innern der Trägerplatte wird erreicht, dass mit einem einzelnen, an sich nur zur Kühlung eines annähernd streifenförmigen Flächenabschnitts geeigneten Kühlmittelkanal ein größerer, flächenhafter Bereich der Aufnahmefläche kühlbar ist.
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In einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung weist jedes Netz von Kühlmittelkanälen einlauf- und auslaufseitig je einen Sammelkanal auf, durch den das Kühlmittel vom Kühlmitteleinlauf in die Kühlmittelkanäle bzw. aus den Kühlmittelkanälen zum Kühlmittelauslauf geleitet wird.
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Hierdurch wird eine besonders einfache und damit kostengünstige Bauform eines Netzes von Kühlmittelkanälen realisiert, da die Kühlmittelkanäle und die Sammelkanäle eine geradlinige, einfach zu fertigende Form aufweisen können. Das durch den Kühlmitteleinlauf einströmende Kühlmittel verteilt sich zunächst im ersten Sammelkanal. Von diesem Sammelkanal zweigen mehrere Kühlmittelkanäle ab, in die das Kühlmittel einströmt. Am Ende der Kühlmittelkanäle fließt das Kühlmittel in einen zweiten Sammelkanal, in den die Kühlmittelkanäle münden. Von diesem Sammelkanal aus fließt das Kühlmittel zum Kühlmittelauslauf und verlässt so die Trägerplatte.
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Weiterhin hat es sich als vorteilhaft erwiesen, das Dichtmittel so anzuordnen, dass alle Kühlmitteleinläufe und Kühlmittelausläufe von allen Befestigungsmittelaufnahmen getrennt sind.
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Hierdurch wird verhindert, dass aus einem undicht gewordenen Kühlmittelkreislauf austretendes Kühlmittel durch eine Befestigungsmittelaufnahme in die Vakuumkammer eindringt.
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Besonders vorteilhaft ist eine Ausführung der Erfindung, bei der alle Befestigungsmittelaufnahmen vakuumseitig und alle Kühlmitteleinläufe und Kühlmittelausläufe atmosphärenseitig angeordnet sind.
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Die Befestigungsmittel zur Befestigung der Trägerplatte an einem dafür vorgesehenen Bauteil werden im Allgemeinen von der Aufnahmefläche her angebracht, d. h. die Befestigungsmittelaufnahmen liegen auf dieser Seite der Trägerplatte im Innern der Vakuumkammer und damit im Hochvakuum. Um zu verhindern, dass Umgebungsluft, die durch die Befestigungsmittelaufnahmen dringt, das Hochvakuum zerstören, hat es sich als sinnvoll erwiesen, das Dichtmittel so anzuordnen, dass alle Befestigungsmittelaufnahmen vakuumseitig angeordnet sind. In gleicher Weise wird durch die atmosphärenseitige Anordnung aller Kühlmitteleinläufe und Kühlmittelausläufe verhindert, dass Kühlmittel in das Innere der Vakuumkammer gelangt, sollte der Kühlmittelkreislauf einmal undicht werden.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist jeder Kühlmitteleinlauf und jeder Kühlmittelauslauf ein zusätzliches Dichtmittel auf.
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Durch diese Maßnahme wird die Sicherheit der erfindungsgemäßen Trägerplatte gegen unerwünschtes Auslaufen von Kühlmittel und gegen Eindringen desselben in die Vakuumkammer nochmals erhöht.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen
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1 eine Ansicht der erfindungsgemäßen Trägerplatte von der Anschlussfläche,
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2 einen Querschnitt durch die an einem dafür vorgesehenen Bauteil angebrachte Trägerplatte,
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3 eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Trägerplatte mit zwei durch je einen mäanderförmig verlaufenden Kühlmittelkanal gebildeten Hohlräumen,
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4 eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Trägerplatte mit zwei durch je ein Netz von Kühlmittelkanälen gebildeten Hohlräumen.
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In 1 ist eine Ansicht der erfindungsgemäßen Trägerplatte von der Anschlussfläche her dargestellt.
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Entlang der Ränder der Trägerplatte 1 ist eine Mehrzahl von Befestigungsmittelaufnahmen 4 angeordnet, die im Ausführungsbeispiel als Bohrungen ausgeführt sind. Ebenfalls in der Nähe der Ränder weist die Trägerplatte 1 zwei Kühlmitteleinläufe 11 und zwei Kühlmittelausläufe 12 auf. Die dargestellte Trägerplatte 1 weist demnach zwei (nicht dargestellte), durch Kühlmittelkanäle gebildete Hohlräume zur Durchleitung eines Kühlmittels auf. An jedem Kühlmitteleinlauf 11 und jedem Kühlmittelauslauf 12 ist ein lokales Dichtmittel 9 vorgesehen, um Undichtigkeiten der Kühlmittelkreisläufe zu verhindern.
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Weiterhin weist die dargestellte Trägerplatte 1 ein umlaufendes Dichtmittel 8 auf. Das umlaufende Dichtmittel 8 ist so angeordnet, dass alle Kühlmitteleinläufe 11 und alle Kühlmittelausläufe 12 von allen Befestigungsmittelaufnahmen 4 getrennt sind. Dabei sind alle Kühlmitteleinläufe 11 und alle Kühlmittelausläufe 12 atmosphärenseitig angeordnet und alle Befestigungsmittelaufnahmen 4 vakuumseitig angeordnet.
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In 2 ist ein Querschnitt durch die an einem dafür vorgesehenen Bauteil angebrachte Trägerplatte dargestellt.
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Das externe Bauteil 5, an dem die Trägerplatte 1 mit in den (nicht dargestellten) Befestigungsmittelaufnahmen 4 angeordneten (nicht dargestellten) Befestigungsmitteln angebracht ist, kann beispielsweise ein Magnetrongehäuse oder ein dafür ausgebildeter Adapter sein. Hinter der atmosphärenseitig, d. h. beispielsweise in einem Magnetrongehäuse angeordneten Anschlussfläche der Trägerplatte 1 ist ein bewegliches Magnetfeld 3 angeordnet. Die Anschlussfläche ist im Bereich des externen Bauteils 5 mittels eines umlaufenden Dichtmittels 8 abgedichtet. Auf der vakuumseitigen, d. h. im Innern der Vakuumkammer angeordneten Aufnahmefläche der Trägerplatte 1 ist ein Target 2 angeordnet.
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Das externe Bauteil 5 weist einen Führungskanal 13 auf, der in den Kühlmitteleinlauf 11 der Trägerplatte 1 mündet. Zwischen dem Führungskanal 13 und dem Kühlmitteleinlauf 11 ist ein lokales Dichtmittel 9 zur Abdichtung des Übergangs zwischen dem Führungskanal 13 und dem Kühlmitteleinlauf 11 angeordnet. In gleicher Weise weist das externe Bauteil 5 einen (nicht dargestellten) Führungskanal 13 auf, in den der (nicht dargestellte) Kühlmittelauslauf 12 der Trägerplatte 1 mündet. Auch zwischen diesem Führungskanal 13 und dem Kühlmittelauslauf 12 ist ein lokales Dichtmittel 9 zur Abdichtung des Übergangs zwischen dem Kühlmittelauslauf 12 und dem Führungskanal 13 angeordnet.
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Der Kühlmittelstrom 10 verläuft vom Führungskanal 13 durch den Kühlmitteleinlauf 11 in den durch einen Kühlmittelkanal 6 gebildeten Hohlraum der Trägerplatte 1. Der Kühlmittelkanal 6 durchzieht das Innere der Trägerplatte 1 mäanderförmig, so dass in der gewählten Darstellung der Kühlmittelaunlauf 12, das dort angeordnete lokale Dichtmittel 9 sowie der Führungskanal 13, in den der Kühlmittelkanal 6 mündet, nicht sichtbar sind.
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In 3 ist eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Trägerplatte mit zwei durch je einen mäanderförmig verlaufenden Kühlmittelkanal gebildeten Hohlräumen dargestellt.
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Das gerundete Verhältnis von Länge und Breite der Trägerplatte 1 beträgt 2. Daher sind im Innern der Trägerplatte 1 zwei durch je einen Kühlmittelkanal gebildete Hohlräume vorgesehen, durch die jeweils eine annähernd quadratische Teilfläche der Trägerplatte 1 kühlbar ist. Der Randbereich der Trägerplatte 1 weist eine Mehrzahl von Befestigungsmittelaufnahmen 4 zur Befestigung der Trägerplatte 1 an einem dafür vorgesehenen externen Bauteil 5 auf.
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Jeder durch einen Kühlmittelkanal 6 gebildete Hohlraum weist einen Kühlmitteleinlauf 11 und einen Kühlmittelauslauf 12 auf.
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Die in der Querrichtung der Trägerplatte 1 verlaufenden Abschnitte der Kühlmittelkanäle 6 sind durch Bohren hergestellt, d. h. sie weisen einen kreisförmigen Querschnitt auf. Die in der Längsrichtung der Trägerplatte 1 verlaufenden Abschnitte der Kühlmittelkanäle 6 sind durch Fräsen hergestellt, d. h. sie weisen einen rechteckigen Querschnitt auf. Im Vergleich mit den aus dem Stand der Technik bekannten, wannenförmigen Ausnehmungen sind die Querschnitte der einzelnen Abschnitte des Kühlmittelkanals 6 im Ausführungsbeispiel annähernd gleich groß, so dass Strömungsgeschwindigkeit und Druck des Kühlmittels beim Durchströmen des Hohlraums annähernd gleich bleiben.
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Die einzelnen Abschnitte des Kühlmittelkanals 6 sind mäanderförmig miteinander verbunden, so dass durch den Kühlkanal 6 ein Flächenabschnitt der Trägerplatte 1 und nicht nur ein schmaler Streifen kühlbar ist. Dabei durchfließt ein Kühlmittelstrom 10 den Kühlkanal 6 vom Kühlmitteleinlauf 11 zum Kühlmittelauslauf 12 und nimmt die Wärme auf, die das (nicht dargestellte) Target 2 an die Trägerplatte 1 abgibt.
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In 4 ist eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Trägerplatte mit zwei durch je ein Netz von Kühlmittelkanälen gebildeten Hohlräumen dargestellt.
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Das gerundete Verhältnis von Länge und Breite der Trägerplatte 1 beträgt 2. Daher sind im Innern der Trägerplatte 1 zwei durch je ein Netz von Kühlmittelkanälen 6 gebildete Hohlräume vorgesehen, durch die jeweils eine annähernd quadratische Teilfläche der Trägerplatte 1 kühlbar ist. Der Randbereich der Trägerplatte 1 weist eine Mehrzahl von Befestigungsmittelaufnahmen 4 zur Befestigung der Trägerplatte 1 an einem dafür vorgesehenen externen Bauteil 5 auf.
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Jeder durch ein Netz von Kühlmittelkanälen 6 gebildete Hohlraum weist einen Kühlmitteleinlauf 11 und einen Kühlmittelauslauf 12 auf.
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Die in der Querrichtung der Trägerplatte 1 verlaufenden Abschnitte der Kühlmittelkanäle 6 sind durch Bohren hergestellt, d. h. sie weisen einen kreisförmigen Querschnitt auf. Die in der Längsrichtung der Trägerplatte 1 verlaufenden Abschnitte der die Kühlmittelkanäle 6 zu einem Netz verbindenden Sammelkanäle 7 sind durch Fräsen hergestellt, d. h. sie weisen einen rechteckigen Querschnitt auf. Im Vergleich mit den aus dem Stand der Technik bekannten, wannenförmigen Ausnehmungen sind die Querschnitte der einzelnen Abschnitte des Kühlmittelkanals 6 im Ausführungsbeispiel annähernd gleich groß, so dass Strömungsgeschwindigkeit und Druck des Kühlmittels beim Durchströmen des Hohlrums annähernd gleich bleiben.
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Die einzelnen Kühlmittelkanäle 6 sind an ihrem Anfang und an ihrem Ende durch je einen Sammelkanal 7 niteinander verbunden, so dass durch das Netz der Kühlmittelkanäle 6 ein Flächenabschnitt der Trägerplatte 1 und nicht nur ein schmaler Streifen kühlbar ist. Dabei fließt ein Kühlmittelstrom 10 vom Kühlmitteleinlauf 11 her in einen ersten Sammelkanal 7 ein. Von dort aus verzweigt sich der Kühlmittelstrom 10 in die Kühlmittelkanäle 6, die anschließend vom Kühlmittelstrom 10 durchflossen werden.
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An ihrem jeweiligen Ende sind die Kühlmittelkanäle 6 durch einen zweiten Sammelkanal 7 verbinden, in den der Kühlmittelstrom nach dem Durchfließen der Kühlmittelkanäle 6 fließt. Von dem zweiten Sammelkanal 7 fließt das Kühlmittel zum Kühlmittelauslauf 12 und verlässt anschließend die Trägerplatte 1. Beim Durchfließen der Trägerlatte 1 nimmt der Kühlmittelstrom 10 die Wärme auf, die das (nicht dargestellte) Target 2 an die Trägerplatte 1 abgibt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Trägerplatte
- 2
- Target
- 3
- bewegliches Magnetfeld
- 4
- Befestigungsmittelaufnahme
- 5
- externes Bauteil
- 6
- Kühlmittelkanal
- 7
- Sammelkanal
- 8
- umlaufendes Dichtmittel
- 9
- lokales Dichtmittel
- 10
- Kühlmittelstrom
- 11
- Kühlmitteleinlauf
- 12
- Kühlmittelauslauf
- 13
- Führungskanal