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Die Erfindung betrifft eine Bremsanordnung zum Abbremsen einer Welle.
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Aus der
WO 2011/063889 A1 ist bekannt, eine Bremsspulenwicklung aus Teilspulen zusammenzusetzen, die jeweils um zylindrische Dome herumgewickelt sind.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine kompaktere Bremsanordnung weiterzubilden, also eine höhere Krafterzeugung bei geringerem Volumen erreichbar zu machen.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei der Bremsanordnung zum Abbremsen einer Welle nach den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.
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Wichtige Merkmale der Erfindung bei der Bremsanordnung zum Abbremsen einer Welle sind, dass die Bremsanordnung eine Bremsspule aufweist,
wobei die Bremsspule einen Spulenkern und Teilspulen aufweist,
wobei jede Teilspule auf einem jeweiligen Domabschnitt des Spulenkerns vorgesehen ist, insbesondere wobei die jeweilige Teilspule auf einen jeweiligen Spulenträger aus Kunststoff gewickelt ist und auf einen jeweiligen Domabschnitt aufgeschoben ist oder um ihn gewickelt angeordnet ist,
wobei die Domabschnitte in Umfangsrichtung breiter ausgeführt sind als in radialer Richtung.
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Von Vorteil ist dabei, dass eine hohe Bremskraft auf kleinem Bauvolumen erzeugbar ist. Denn es gibt mehrere Domabschnitte. Somit ist der Rückfluss des durch einen Domabschnitt geleiteten Flusses durch einen anderen Domabschnitt leitbar. Es muss also kein weiterer Abschnitt des Spulenkerns zum Rückleiten des Flusses verwendet werden.
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Außerdem ist durch die nicht-zylindrische Ausführung der Domabschnitte des Spulenkerns bei geringer radialer Ausdehnung eine hohe Flussdichte erzeugbar.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die Domabschnitte derart um die Wellenachse angeordnet, dass eine diskrete Rotationssymmetrie vorliegt, wobei die Symmetrieachse die Wellenachse ist und wobei die jeweils zueinander nächstbenachbarten Dome in Umfangsrichtung zueinander gespiegelt ausgeführt sind. Von Vorteil ist dabei, dass der gesamte in axialer Richtung strömende, von den Teilspulen erzeugte Fluss auch entgegen der axialen Richtung durch Domabschnitte leitbar ist.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die Domabschnitte in Umfangsrichtung regelmäßig voneinander beabstandet,
insbesondere wobei die Domabschnitte auf jeweils demselben Radialabstand angeordnet sind,
insbesondere wobei die Anzahl der Domabschnitte zwischen zwei und zwölf beträgt. Von Vorteil ist dabei, dass ein symmetrischer Magnetfluss erzeugbar ist.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist der Spulenkern einen Grundkörper auf, an dem die Domabschnitte ausgeformt und/oder angeformt sind. Von Vorteil ist dabei, dass der Spulenkern einstückig mit den Domabschnitten ausführbar ist. Somit ist ein einteiliger Spulenkern verwendbar und somit eine sehr einfache Fertigung und kompakte Ausführung erreichbar.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist jeder Domabschnitt einen konvexen Querschnitt auf. Von Vorteil ist dabei, dass die Teilspulen ohne Luftspalt um den Domabschnitt herumgewickelt vorsehbar sind. Somit ist eine optimale Volumenausnutzung erreichbar.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die Oberfläche des jeweiligen Domabschnitts einen planen Flächenabschnitt auf,
insbesondere welcher am radial inneren Rand des Domabschnitts angeordnet ist. Von Vorteil ist dabei, dass eine einfache Fertigung des Domabschnittes trotz seiner nicht zylindrischen Form ausführbar ist.
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Bei einer alternativen vorteilhaften Ausgestaltung weist die Oberfläche des jeweiligen Domabschnitts einen konkaven Abschnitt auf, insbesondere am radial nach innen liegenden Flächenabschnitt des Domabschnitts,
insbesondere der Abschnitt am radial inneren Rand des Domabschnitts angeordnet ist. Von Vorteil ist dabei, dass eine hohe Volumenausnutzung erreichbar ist.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die Oberfläche des jeweiligen Domabschnitts eine zylindrischen Flächenabschnitt auf,
insbesondere welcher am radial äußeren Rand des Domabschnitts angeordnet ist. Von Vorteil ist dabei, dass der Zylinderradius größer ist als der Radialabstand des Flächenabschnitts zur Wellenachse.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist jeder Domabschnitt an seiner dem in Umfangsrichtung nächstbenachbarten Domabschnitt zugewandten Oberfläche einen ersten planen Flächenabschnitt auf. Von Vorteil ist dabei, dass möglichst eine dichte Volumenausnutzung für die Wicklung erreichbar ist.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist jeder Domabschnitt an seiner dem entgegen der Umfangsrichtung nächstbenachbarten Domabschnitt zugewandten Oberfläche einen zweiten planen Flächenabschnitt auf,
insbesondere wobei der zweite plane Flächenabschnitt größer ist als der erste plane Flächenabschnitt. Von Vorteil ist dabei, dass wiederum eine möglichst dichte Wicklungsanordnung erreichbar ist.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist in Umfangsrichtung mittig zu zwei sich direkt in Umfangsrichtung gegenüberstehenden ersten Flächenabschnitten jeweils benachbarter Domabschnitte eine Bohrung für Handlüftung angeordnet, insbesondere auf einem größeren Radialabstand als die beiden ersten Flächenabschnitte. Von Vorteil ist dabei, dass in diesem Bereich radial außerhalb der Domabschnitte keine Durchleitung magnetischen Flusses notwendig ist und somit die Bohrung anordenbar ist.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist in Umfangsrichtung mittig zu zwei sich direkt in Umfangsrichtung gegenüberstehenden zweiten Flächenabschnitten jeweils benachbarter Domabschnitte eine Aufnahmebohrung für einen Führungsstift angeordnet, insbesondere auf einem größeren Radialabstand als die beiden zweiten Flächenabschnitte. Von Vorteil ist dabei, dass in diesem Bereich radial außerhalb der Domabschnitte keine Durchleitung magnetischen Flusses notwendig ist und somit die Bohrung anordenbar ist.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist der Spulenkern radial mittig eine Ausnehmung zur Durchführung einer Welle auf. Von Vorteil ist dabei, dass die abzubremsende Welle durch die Bremse axial durchführbar ist.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung umgibt eine Ringwand die Domabschnitte radial, insbesondere wobei die Ringwand am Spulenkern einstückig ausgebildet ist. Von Vorteil ist dabei, dass die Teilspulen mit Vergussmasse vergießbar sind.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Wicklungssinn von in Umfangsrichtung jeweils benachbarten Teilspulen jeweils zueinander umgekehrt. Von Vorteil ist dabei, dass der durch einen Domabschnitt axial durchgeleitete Fluss im benachbarten Domabschnitt rückleitbar ist.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung wird eine Ankerscheibe vom von den Teilspulen bei deren Bestromung erzeugten Magnetfeld zum Spulenkern hin gezogen entgegen der von einem Federelement erzeugten Federkraft,
wobei das am Spulenkern abgestützte Federelement auf eine drehfest mit dem Spulenkern verbundene, aber axial bewegbare Ankerscheibe drückt,
wobei ein axial bewegbar angeordneter, aber drehfest mit der abzubremsenden Welle verbundener Bremsbelagträger von der Ankerscheibe auf eine Bremsfläche drückbar ist,
insbesondere wobei die Welle eine Außenverzahnung und der Bremsbelagträger eine mit der Außenverzahnung im Eingriff stehenden Innenverzahnung aufweist,
insbesondere wobei die Ankerscheibe an ihrem radial äußeren Außenrand und/oder an ihrem radial inneren Rand Ausnehmungen zur Reduzierung der Masse aufweist. Von Vorteil ist dabei, dass eine elektromagnetisch betätigbare Bremsanordnung herstellbar ist, wobei der Fluss über die Ankerscheibe zwischen zwei benachbarten Domabschnitten herstellbar ist
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist jede Teilspule eine Mittelanzapfung auf, so dass die Teilspule eine Halte-Teilwicklung und eine Beschleunigungs-Teilwicklung aufweist,
insbesondere wobei die Halte-Teilwicklungen der Teilspulen in Reihe geschaltet sind und die Beschleunigungs-Teilspulen ebenfalls in Reihe geschaltet sind
insbesondere wobei der Drahtdurchmesser des Wicklungsdrahtes der Halte-Teilwicklung jeweils kleiner ist als der Drahtdurchmesser des Wicklungsdrahtes der Beschleunigungs-Teilspulen,
insbesondere wobei die Halte-Teilwicklungen jeweils axial weitere beabstandet sind von dem Grundkörper des Spulenkerns als die Beschleunigungs-Teilspulen
und/oder wobei die Halte-Teilwicklung der jeweiligen Teilspule radial innerhalb der Beschleunigungs-Teilspule dieser Teilspule angeordnet ist. Von Vorteil ist dabei, dass ein besonders schnelles Aufbauen des Magnetfeldes beim Bestromen der Teilspulen erreichbar ist, indem beim Bestromen zunächst die Beschleunigungsteilwicklung der Teilspule bestromt wird und dann auch die Halteteilwicklung der Teilspule.
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Weitere Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen. Die Erfindung ist nicht auf die Merkmalskombination der Ansprüche beschränkt. Für den Fachmann ergeben sich weitere sinnvolle Kombinationsmöglichkeiten von Ansprüchen und/oder einzelnen Anspruchsmerkmalen und/oder Merkmalen der Beschreibung und/oder der Figuren, insbesondere aus der Aufgabenstellung und/oder der sich durch Vergleich mit dem Stand der Technik stellenden Aufgabe.
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Die Erfindung wird nun anhand von Abbildungen näher erläutert:
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In der 1 ist eine Draufsicht auf die Bremsspulenwicklung mit Spulenkörper gezeigt
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In der 2 ist eine zugehörige Schrägansicht gezeigt.
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In der 3 ist ein Schnitt durch die Bremsanordnung mit Ankerscheibe 31 gezeigt, so dass der Hauptfluss 30 durch einen ersten Dom fließt und danach durch einen zweiten Dom, der in Umfangsrichtung zum ersten Dom benachbart ist.
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4 zeigt die Verschaltung der Halte-Teilwicklung 42 und der Beschleunigungs-Teilwicklung 43 der Teilspulen.
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5 ist eine Draufsicht auf eine andere Ankerscheibe 50 gezeigt.
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Wie in 1, 2 und 3 gezeigt, weist der Spulenkern 10 Dome 12 auf, die aus einem Grundkörper des Spulenkerns 10 hervorragen. Der Grundkörper bildet sozusagen den Jochbereich, über welchen die Dome 12 miteinander verbunden sind.
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Mittels der elektromagnetisch betätigbaren Bremsanordnung ist eine in den Figuren nicht gezeigte Welle abbremsbar.
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Diese weist in einem Wellenabschnitt eine Verzahnung auf, so dass ein eine entsprechende Innenverzahnung aufweisender Bremsbelagträger drehfest mit der Welle verbunden und axial, also in und entgegen der Wellenachsrichtung, verschiebbar angeordnet ist.
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Eine Ankerscheibe 31 ist über an dem Spulenkern 10 angebrachte Aufnahmebohrungen 4 eingeschraubte Führungsstifte axial geführt und bewegbar angeordnet. Somit ist die Ankerscheibe 31 auch drehfest an dem Spulenkern 10 festgelegt.
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Der Spulenkern 10 weist auch Aufnahmebohrungen 5 für Rückstellfederelemente auf, welche die Ankerscheibe axial in Richtung zum Bremsbelagträger drücken, der auf der vom Spulenkern 10 abgewandten Seite der Ankerscheibe 31 angeordnet ist. Dabei sind die Rückstellfederelemente zwischen der Ankerscheibe 31 und dem Spulenkern 10 abgestützt.
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Zur Aufnahme der Führungsstifte weist die Ankerscheibe 31 an ihrem Umfang entsprechende Ausnehmungen 32 auf.
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Der Spulenkern 10 ist vorzugsweise aus einem Stahlguss, insbesondere GGG-Guss oder aus geschmiedetem Stahl, insbesondere niedrig legiertem Stahl, gefertigt und weist Bohrungen 1 auf, durch welche Schrauben führbar sind, so dass der Spulenkern 31 an einem Elektromotorgehäuse schraubverbindbar ist.
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Die Welle ist durch die Bremsanordnung durch die Ausnehmung 11 durchgeführt, so dass sie beidseitig aus der Bremsanordnung herausragt.
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Die Dome 12 sind in Umfangsrichtung voneinander regelmäßig beabstandet.
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Um jeden der Dome 12 ist jeweils eine Teilspule 6 vorgesehen, wobei der Wicklungssinn beziehungsweise das erzeugte Magnetfeld zur in Umfangsrichtung jeweils benachbarten Teilspule 6 umgekehrt ausgerichtet ist.
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Somit fließt der von einer ersten Teilspule 6 erzeugte Hauptfluss 30 durch den von dieser Teilspule 6 umwickelte Dom 12 über einen Luftspalt zur Ankerscheibe 31 und von dort über einen Luftspalt zu einem in Umfangsrichtung benachbarten Dom 12, wobei der Hauptfluss 30 weiterfließt über den Grundkörper, also Jochabschnitt, des Spulenkerns 10.
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Der Spulenkern 10 weist Bohrungen zur Kabeldurchführung 2 auf, so dass die Anschlüsse der Teilspulen 6 auf dem von der Ankerscheibe abgewandten Endbereich des Spulenkerns 10 anordenbar sind.
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Außerdem weist der Spulenkern 10 eine Bohrung 3 für Handlüftung der Bremsanordnung auf.
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Die Dome sind im Prinzip gleichartig ausgeführt, aber in Umfangsrichtung zueinander versetzt angeordnet und es sind die jeweils zueinander nächstbenachbarten Dome in Umfangsrichtung zueinander gespiegelt ausgeführt.
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Jeder Dom 12 ist nicht zylindrisch ausgeführt sondern in Umfangsrichtung länglich, also in Umfangsrichtung länger ausgedehnt als in radialer Richtung.
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Am radial inneren Rand ist jeder Dom 12 von einer dritten Kantenfläche berandet, die eben, also plan, ausgeführt ist. Somit ist eine einfache kostengünstige Fertigung der Form des Doms 12 ermöglicht.
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An seiner dem in Umfangsrichtung nächstbenachbarten Dom 12 zugewandten Seite weist der Dom 12 eine zweite Kantenfläche 7 auf, die größer und/oder länger ist als eine erste Kantenfläche 8, die an dem anderen Endbereich des Doms 12 angeordnet ist, der dem entgegen der Umfangsrichtung nächstbenachbarten Dom 12 zugewandt ist.
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Auf größerem Radialabstand als die Kantenbereiche 7 und 8 sind jeweils Bohrungen 3 und 4 angeordnet, die in Umfangsrichtung zwischen den Teilspulen 6 der Dome 12 angeordnet sind. Insbesondere sind die Bohrungen 3 und 4 mittig zwischen den mit Teilspulen 6 bewickelten Domen 12 angeordnet.
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Dabei ist der Durchmesser der Bohrung 4 für einen Führungsstift größer als der Durchmesser der Bohrung 3 für die Ausführung einer Handlüftung.
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Dabei ist die Bohrung 4 in Umfangsrichtung mittig zu zwei benachbarten Kantenbereichen 7 angeordnet und die Bohrung 3 in Umfangsrichtung mittig zu zwei benachbarten Kantenbereichen 8.
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Bei Bestromung der Teilspulen 6 wird die Ankerscheibe 31 zum Spulenkern 10 hin angezogen. Bei Nichtbestromung der Teilspulen 6 drücken die Federelemente die Ankerscheibe 31 axial auf den Bremsbelagträger, der wiederum axial auf eine Bremsfläche gedrückt wird. Die Bremsfläche ist vorzugsweise am Bremslagerschild eines Motors angeordnet oder an einem mit dem Motor verbundenen Bremsblech.
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Der Querschnitt, insbesondere wobei die Normale der Querschnittsebene in axialer Richtung ausgerichtet ist, jedes Doms 12 ist zwar nicht kreisförmig aber konvex.
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Wie in 3 gezeigt, weist die Ankerscheibe 31 Ausnehmung 32 zur Führung durch Führungsstifte auf.
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Wie in 4 gezeigt, weisen die Teilspulen 6 jeweils eine Mittelanzapfung 41 auf. Somit ist um jeden Dom 12 ein erster Teil der jeweiligen Teilspule 6 als Halte-Teilwicklung 42 und ein zweiter Teil als Beschleunigungs-Teilwicklung 43 ausgeführt.
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Auf diese Weise ist beim Lüften der Bremse, also Einschalten der Bestromung, kurzfristig nur die Beschleunigungs-Teilwicklung bestromt, die für sich alleine jeweils nur ein niedrige Induktivität aufweist, wodurch ein schneller Stromanstieg erreichbar ist. Nach einer gewissen Zeitdauer wird die Halte-Teilwicklung zugeschaltet und ermöglicht wegen der nun höheren Induktivität ein zum Lüften der Bremse ausreichend starkes Magnetfeld bei geringeren Stromwerten.
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Gespeist werden die Teilspulen 6 hierbei von der Spannungsquelle 40, wobei die Halte-Teilwicklungen 42 in Reihe miteinander geschaltet sind und die Beschleunigungs-Teilwicklungen 43 ebenfalls in Reihe.
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Die Dome 12 sind derart gleichartig ausgeführt, dass jeder Dom 12 in einen anderen der Dome 12 durch gedachte Drehung um einen Winkelbetrag oder dessen ganzzahliges Vielfaches übergeht, wobei die jeweils zueinander nächstbenachbarten Dome 12 in Umfangsrichtung zueinander gespiegelt ausgeführt sind. Vorzugsweise ist der Winkelbetrag 90°, insbesondere wenn vier Dome 12 vorgesehen sind.
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Die Dome 12 sind also am Spulenkern 10 ausgeformte Domabschnitte.
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Die Ringwand 13 umgibt die Domabschnitte 12 von radial außen und ermöglicht somit das Einbringen von Vergussmasse, wobei die Ringwand 13 eingegossene Vergussmasse begrenzt, die somit die Teilspulen mechanisch stabilisiert. Der Rand wird alternativ auch ersetzt durch mechanisch geeignet vergossene Teilspulen.
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Bei der Ausführung nach 4 sind die Teilspulen vorzugsweise jeweils auf einem Spulenträger gewickelt und auf die Domabschnitte 12 aufgeschoben.
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Bei einem weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel ist, wie in 5 gezeigt, die Ankerscheibe 31 durch eine andere Ankerscheibe 50 ersetzbar, die an ihrem radial äußeren Rand Ausnehmungen 51 zur Reduzierung der Massenträgheit und an ihrem radial inneren Rand Ausnehmungen 52 zur Reduzierung der Massenträgheit aufweist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Bohrung, insbesondere zur Fixierung der Bremse am Stator
- 2
- Kabeldurchführung
- 3
- Bohrung für Handlüftung
- 4
- Aufnahmebohrung für Führungsstift
- 5
- Aufnahmebohrung für Rückstellfederelement
- 6
- Teilspule
- 7
- erste Kante
- 8
- zweite Kante, insbesondere kürzer als die erste Kante 7
- 9
- dritte Kante, insbesondere gerade Kante
- 10
- Spulenkern
- 11
- Ausnehmung
- 12
- Dom
- 13
- Ringwand
- 30
- Hauptfluss
- 31
- Ankerscheibe
- 32
- Ausnehmung zur Führung
- 40
- Spannungsquelle
- 41
- Mittelanzapfung
- 42
- Halte-Teilwicklung der jeweiligen Teilspule
- 43
- Beschleunigungs-Teilwicklung der jeweiligen Teilspule
- 50
- alternative Ankerscheibe
- 51
- Ausnehmung zur Reduzierung der Massenträgheit
- 52
- Ausnehmung zur Reduzierung der Massenträgheit
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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