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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Sicherheitsgurtsystem für ein Fahrzeug und insbesondere einen Elektromotor, der in einem Gurtwickler des Sicherheitsgurtsystems verwendet wird.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Sicherheitsgurtsysteme wurden entwickelt, um den Fahrzeuginsassen in einem Fahrzeug gegen gefährliche Bewegungen infolge eines Aufpralls oder plötzlichen Anhaltens zu sichern. Die Systeme verringern die Wahrscheinlichkeit und die Schwere von Verletzungen bei einem Auffahrunfall, indem sie einen heftigen Aufprall des Fahrzeuginsassen auf Elemente im Innenraum des Fahrzeugs oder auf andere Fahrzeuginsassen (der sogenannte Sekundäraufprall) dadurch verhindern, dass Fahrzeuginsassen die korrekte Sitzposition für die maximale Wirkung des Airbag behalten und nicht aus dem Fahrzeugsitz geschleudert werden.
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Ein übliches Sicherheitsgurtsystem umfasst einen Sicherheitsgurt, der den Fahrzeuginsassen in dem Sitz festhält, einen Gurtwickler zum Straffen oder Lockern des Sicherheitsgurts und einen Elektromotor für den Antrieb des Gurtwicklers. 6 zeigt ein Wicklungsschema eines üblichen Permanentmagnet-Gleichstrommotors (PMDC-Motor), der für den Antrieb des Gurtwicklers in einem Sicherheitsgurtsystem verwendet wird. Die Läuferwicklungen umfassen eine Mehrzahl von Spulen, die um Zähne des Läuferkerns gewickelt und mit Segmenten eines Kommutators elektrisch verbunden sind. Zum Beispiel ist die Spule C1' um Zähne T1 und T2 gewickelt und mit Segmenten S1 und S2 verbunden. Die Spule C2' ist um Zähne T2 und T3 gewickelt und mit Segmenten S2 und S3 verbunden. Der PMDC-Motor umfasst zwei Bürsten zur Stromspeisung der Läuferwicklungen. Die Läuferwicklungen bilden zwei parallele Zweige. Wenn eine Spule offen ist, wie zum Beispiel die Spule C1', ist auch einer der Zweige offen. Der Motor und ebenso das Sicherheitsgurtsystem funktionieren nicht. Ein Fahrzeug zu fahren, dessen Sicherheitsgurtsystem nicht funktioniert, ist gefährlich.
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Aus diesem Grund wird ein Sicherheitsgurtsystem mit größerer Zuverlässigkeit gewünscht.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Dementsprechend wird gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Sicherheitsgurtsystem angegeben, umfassend einen Sicherheitsgurt, der einen Fahrzeuginsassen in einem Sitz festhält; eine an dem Sicherheitsgurt angeordnete Zungenplatte; ein Schloss, das mit der Zungenplatte lösbar verrastbar ist; einen Gurtaufroller zum Straffen oder Lockern des Sicherheitsgurts; einen Elektromotor für den Antrieb des Gurtaufrollers; eine Detektoreinheit zum Detektieren, ob ein vorgegebenes Ereignis gerade eintritt oder unmittelbar eintreten wird; und einen Controller zum Steuern des Motors auf der Basis des Detektionsergebnisses der Detektoreinheit. Der Motor umfasst einen Ständer und einen an dem Ständer drehbar montierten Läufer und der Läufer umfasst eine Motorwelle, einen an der Motorwelle befestigten Kommutator, einen an der Motorwelle befestigten Läuferkern und Läuferwicklungen, die um Zähne des Läuferkerns gewickelt und mit Segmenten des Kommutators elektrisch verbunden sind, wobei die Läuferwicklungen eine Mehrzahl von Wicklungseinheiten umfassen, wovon jede Wicklungseinheit mindestens zwei Spulen umfasst und die Spulen jeder Wicklungseinheit um dieselben Zähne gewickelt und mit demselben Paar von Segmenten elektrisch parallelgeschaltet sind.
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Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird auch ein Gurtwickler angegeben, umfassend: einen Gurtaufroller zum Straffen oder Lockern des Sicherheitsgurts und einen Elektromotor für den Antrieb des Gurtaufrollers, wobei der Motor einen Ständer und einen an dem Ständer drehbar montierten Läufer und der Läufer eine Motorwelle, einen an der Motorwelle befestigten Kommutator, einen an der Motorwelle befestigten Läuferkern und Läuferwicklungen umfasst, die um Zähne des Läuferkerns gewickelt und mit Segmenten des Kommutators elektrisch verbunden sind, wobei die Läuferwicklungen eine Mehrzahl von Wicklungseinheiten umfassen, wovon jede Wicklungseinheit mindestens zwei Spulen umfasst und die Spulen jeder Wicklungseinheit um dieselben Zähne gewickelt und mit demselben Paar von Segmenten elektrisch parallelgeschaltet sind.
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Vorzugsweise umfasst jede Wicklung zwei Spulen, wobei eine der beiden Spulen in einer inneren Schicht und die andere der beiden Spulen in einer äußeren Schicht angeordnet ist.
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Vorzugsweise sind die Läuferwicklungen mit einem fortlaufenden Draht gewickelt.
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Optional ist ein Teil der Spulen der inneren Schicht und ein Teil der Spulen der äußeren Schicht mit einem fortlaufenden Draht gewickelt, und der andere Teil der Spulen der inneren Schicht und der andere Teil der Spulen der äußeren Schicht ist mit einem weiteren fortlaufenden Draht gewickelt.
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Optional ist mindestens ein Blindschlitz in einer Umfangsfläche jedes Zahns des Läuferkerns gebildet.
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Vorzugsweise umfasst der Läuferkern fünf Zähne und jeder Zahn zwei Blindschlitze, die in einer Umfangsfläche des Zahns gebildet sind.
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Optional umfasst der Gurtwickler ferner eine Übertragungseinheit, die zwischen die Motorwelle und eine zentrale Welle des Gurtaufrollers geschaltet ist, wobei der Motor den Gurtaufroller über die Übertragungseinheit antreibt.
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Optional umfasst der Gurtwickler ferner einen Vorspanner, der mit einer zentralen Welle des Gurtaufrollers verbunden ist.
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Vorzugsweise umfasst der Gurtwickler ferner einen Vorspanner, der mit einem Ende einer zentralen Welle des Gurtaufrollers verbunden ist, und eine Übertragungseinheit, die zwischen die Motorwelle und das andere Ende der zentralen Welle geschaltet ist.
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Vorzugsweise ist die Anzahl der Zähne die gleiche wie die Anzahl der Segmente.
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Vorzugsweise hat der Ständer zwei Magnetpole, der Läufer fünf Zähne und der Kommutator fünf Segmente.
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In den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind beide Spulen jeder Wicklungseinheit der Läuferwicklungen um dieselben Zähne gewickelt und mit denselben Segmenten elektrisch parallelgeschaltet. Wenn eine der Spulen einer Wicklungseinheit offen ist, wird durch die Wicklungseinheit noch Strom über die andere Spule geleitet. Testergebnisse zeigen, dass der Motor bei einem geringfügigen Leistungsverlust immer noch arbeitet. Aus diesem Grund ist ein Sicherheitsgurtsystem, bei dem der Motor verwendet wird, im Vergleich zu den üblichen Sicherheitsgurtsystemen zuverlässiger.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nunmehr anhand eines Beispiels erläutert, wobei auf die Figuren der anliegenden Zeichnungen Bezug genommen wird. identische Strukturen, Elemente oder Teile, die in mehr als einer Figur erscheinen, tragen in sämtlichen Figuren, in denen sie erscheinen, die gleichen Bezugszeichen. Die Dimensionen von Komponenten und Merkmalen, die in den Figuren dargestellt sind, sind allgemein im Hinblick auf eine übersichtliche Darstellung gewählt und sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu. Die Figuren sind im Folgenden aufgelistet.
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1 zeigt ein Sicherheitsgurtsystem gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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2 zeigt einen Gurtwickler, der Teil des Sicherheitsgurtsystems von 1 ist;
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3 zeigt einen Läuferkern und Läuferwicklungen eines in dem Gurtwickler von 2 verwendeten Motors;
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3a ist eine Schnittansicht des Motors von 3;
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4 zeigt eine Wicklungseinheit der Läuferwicklungen von 3;
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5 zeigt einen Gurtwickler gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
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6 zeigt Läuferwicklungen eines üblichen Motors, der in einem Gurtwickler gemäß dem Stand der Technik verwendet wird.
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DETAILBESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Es wird auf 1 Bezug genommen. Ein Sicherheitsgurtsystem 10 für einen Sitz 12 eines Fahrzeugs gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst einen Sicherheitsgurt 16, der einen Fahrzeuginsassen 14 im Notfall festhält. Ein erstes Ende des Sicherheitsgurts 16 ist mit einem Gurtwickler 20 verbunden. Das zweite Ende des Sicherheitsgurts 16 ist mit einer Halterung 42 verbunden, die auf einer Seite des Sitzes 12 in einer unteren Position an einem Körper des Fahrzeugs befestigt ist. Der Sicherheitsgurt 16 verläuft durch einen Führungsanker 44, der auf derselben Seite des Sitzes 12 wie die Halterung 42 in einer höheren Position montiert ist. Eine Zungenplatte 46 ist verschiebbar an dem Sicherheitsgurt 16 angeordnet und ist lösbar mit einem Gurtschloss 48 auf der anderen Seite des Sitzes 12 verrastbar.
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Es wird auf 2 Bezug genommen. Der Gurtwickler 20 umfasst einen Gurtaufroller 23, an dem das erste Ende des Sicherheitsgurts 12 befestigt ist. Der Gurtaufroller 23 kann durch einen Elektromotor 24 gedreht werden. Die Motorwelle 241 des Motors 24 treibt die zentrale Welle 22 über eine Übertragungseinheit in Form eines Getriebezugs 26 an. Der Motor 24 kann sich in zwei Richtungen drehen, so dass der Gurtaufroller 23 den Sicherheitsgurt 16 straffen oder lockern kann. Der Motor 24 wird durch einen Controller 32 gesteuert. In dieser Ausführungsform steuert der Controller 32 den Motor 24 dahingehend, dass dieser den Gurtaufroller 23 derart steuert, dass letzterer den Sicherheitsgurt 16 strafft, so dass der Sicherheitsgurt 16 den Fahrzeuginsassen 14 angemessen festhält, wenn eine Detektoreinheit 34 ein vordefiniertes Ereignis detektiert, zum Beispiel eine Fahrzeugkollision, die gerade stattfindet oder stattzufinden droht.
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Der Motor 24 ist vorzugsweise ein PMDC-Motor, der einen Ständer und einen an dem Ständer drehbar montierten Läufer umfasst. Der Läufer umfasst die Motorwelle 241, einen an der Motorwelle befestigten Kommutator, einen an der Motorwelle befestigten Läuferkern 242 und Läuferwicklungen 244, die um Zähne des Läuferkerns gewickelt und mit Segmenten des Kommutators elektrisch verbunden sind. Der Ständer umfasst mindestens einen Permanentmagnet und mindestens zwei Bürsten, die sich mit dem Kommutator in Gleitkontakt befinden, um die Läuferwicklungen über den Kommutator mit elektrischem Strom zu versorgen. In einem bevorzugten Beispiel hat der Ständer zwei Permanentmagnetpole.
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3 zeigt den Läuferkern 242 und die Läuferwicklungen 244. Der Läuferkern 242 hat fünf Zähne T1–T5. Wicklungsschlitze 243 werden durch benachbarte Zähne gebildet und nehmen die Läuferwicklungen auf. Die Läuferwicklungen 244 umfassen zehn Spulen Cn1 und Cn2, n = 1, ..., 5. Die zehn Spulen bilden fünf Wicklungseinheiten Cn, n = 1, ..., 5, deren jede zwei Spulen umfasst. Eine erste Wicklungseinheit C1 umfasst die Spulen C11 und C12. Eine zweite Wicklungseinheit C2 umfasst die Spulen C21 und C22. Eine dritte Wicklungseinheit C3 umfasst die Spulen C31 und C32. Eine vierte Wicklungseinheit C4 umfasst die Spulen C41 und C42, und eine fünfte Wicklungseinheit C5 umfasst die Spulen C51 und C52. Jede der Spulen einer Wicklungseinheit ist um dieselben Zähne gewickelt und mit demselben Paar von Segmenten elektrisch parallelgeschaltet.
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3a ist eine Schnittansicht des Motors 24. Der Motor hat einen Ständer 25 mit zwei Magnetpolen, die durch zwei bogenförmige Permanentmagnete 251 gebildet werden, die an einer Innenfläche eines Motorgehäuses 252 befestigt sind. Der Kommutator 254 ist ebenfalls dargestellt, im Zustand seiner Befestigung an der Motorwelle 241.
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4 zeigt die erste Wicklungseinheit, die die Spulen C11 und C12 umfasst. Beide Spulen C11 und C12 sind um Zähne T1 und T2 gewickelt und mit Segmenten S1 und S2 verbunden. Daher sind die Spulen C11 und C12 elektrisch parallelgeschaltet. Wenn eine der Spulen C11 und C12 offen ist, fließt über die andere Spule noch Strom durch die erste Wicklung. Dadurch arbeitet der Motor noch. Testergebnisse sind in Tabelle 1 dargestellt.
| Drehrichtung | Uhrzeigersinn (CW) | Gegnuhrzeigersinn (CCW) |
| Motorleistung | Drehzahl (U/min) | Strom (A) | Drehzahl (U/min) | Strom (A) |
| Freie Last | Offener Stromkreis | 15.800 | 1,54 | 15.483 | 1,51 |
| | Voll funktionierender Stromkreis | 16.636 | 0,855 | 16.298 | 0,846 |
| Bei Last (150 mNm) | Offener Stromkreis | 9.588 | 19,77 | 10.084 | 20,34 |
| Voll funktionierender Stromkreis | 9.936 | 19,91 | 10.439 | 20.66 |
Tabelle 1: Testergebnis Motorleistung
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In Tabelle 1 bedeutet der Begriff „offener Stromkreis”, dass eine Spule offen ist, während die andere Spule leitend ist. Der Begriff „voll funktionierender Stromkreis” hingegen bedeutet, dass beide Spulen leitend, d. h. nicht offen sind.
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Wie Tabelle 1 zeigt, arbeitet der Motor noch, bei einem geringen Leistungsverlust. Aus diesem Grund ist ein Sicherheitsgurtsystem, in dem der Motor verwendet wird, im Vergleich zu üblichen Sicherheitsgurtsystemen zuverlässiger und sicherer. Eine Spule gilt als offen, wenn der die Spule bildende Draht gebrochen ist, so dass von einem Segment zum nächsten kein Strom durch die Spule fließen kann.
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In dieser Ausführungsform umfassen die Läuferwicklungen Wicklungen einer inneren Schicht und Wicklungen einer äußeren Schicht. Die Spulen Cn1, n = 1, .., 5, sind in der inneren Schicht, die Spulen Cn2, n = 1, ..., 5, hingegen in der äußeren Schicht angeordnet. Das heißt, pro Wicklungseinheit ist eine der beiden Spulen in der inneren Schicht und die andere der beiden Spulen in der äußeren Schicht angeordnet. Beim Wicklungsvorgang werden zuerst die Spulen der inneren Schicht und dann die Spulen der äußeren Schicht gewickelt. Verglichen mit den Spulen der inneren Schicht sind die Spulen der äußeren Schicht weiter von der Mitte des Läuferkerns entfernt. Dies verringert die Wahrscheinlichkeit, dass beide Spulen einer einzelnen Wicklungseinheit gleichzeitig beschädigt werden, da die äußere Schicht einen physischen Schutz für die innere Schicht bildet. Die Läuferwicklungen können mit Hilfe einer Single-Flyer-Wickelmaschine gewickelt werden. Das heißt, die Spulen der inneren Schicht und der äußeren Schicht werden mit einem fortlaufenden Draht gewickelt.
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Wahlweise können die Läuferwicklungen mit einer Dual-Flyer-Wickelmaschine hergestellt werden, die zwei Flyer aufweist, die die Wicklungen gleichzeitig herstellen. Das heißt, die Spulen der inneren Schicht werden mit zwei separaten Drähten gleichzeitig gewickelt, und anschließend werden die Spulen der äußeren Schicht mit den beiden Drähten gleichzeitig gewickelt. Mit anderen Worten: einige der Spulen der inneren Schicht und einige der Spulen der äußeren Schicht werden mit einem fortlaufenden Draht gewickelt. Die verbleibenden Spulen der inneren Schicht und die verbleibenden Spulen der äußeren Schicht werden mit einem weiteren fortlaufenden Draht gewickelt. Allgemein sind die Spulen der inneren Schicht und die Spulen der äußeren Schicht, die mit demselben Draht gewickelt sind, einander gegenüberliegend um die Läuferwelle angeordnet. Das Herstellen der Läuferwicklungen mit zwei Flyern verbessert die Produktionsleistung.
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In dieser Ausführungsform ist die Anzahl von Segmenten gleich der Anzahl von Wicklungseinheiten und auch gleich der Anzahl von Zähnen. Bei dem Wicklungsvorgang der Spulen der inneren Schicht wird der Draht an jedem Segment befestigt. Bei dem Wicklungsvorgang der Spulen der äußeren Schicht wird der Draht wiederum an jedem Segment befestigt.
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Ferner sind in der Umfangsfläche jedes Zahns des Läuferkerns zwei Blindschlitze 35 gebildet. Die Blindschlitze 35 erstrecken sich entlang einer Richtung parallel zur Richtung der Wicklungsschächte, welche in 3 die Richtung parallel zur Achse des Motors ist. Die Blindschlitze unterteilen die Umfangsfläche jedes Zahns in drei Teile. Vibrationen und Geräusche werden durch die Blindschlitze 35 reduziert.
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5 zeigt einen Gurtwickler 52 eines Sicherheitsgurtsystems gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der Gurtwickler 52 ist ähnlich wie der Gurtwickler 20. Der Unterschied ist, dass der Gurtwickler 52 ferner einen Vorspanner 54 umfasst, der mit einem von dem Getriebezug 26 entfernten Ende der zentralen Welle 22 des Gurtaufrollers 23 verbunden ist. Das heißt, zwei Enden der zentralen Welle 22 sind jeweils mit dem Getriebezug 26 und dem Vorspanner 54 verbunden.
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Wenn bei dieser Ausführungsform eine Fahrzeugkollision droht, die vorzugsweise durch die Detektoreinheit 34 detektiert wird, wenn der Abstand zwischen dem Fahrzeug und einem Hindernis im Umfeld des Fahrzeugs einen gegebenen Wert unterschreitet, sendet die Detektoreinheit 34 ein Signal an den Controller 32 für einen Betrieb des Motors 24 dahingehend, dass dieser den Gurtaufroller 23 über den Getriebezug 26 dreht, um den Sicherheitsgurt 16 zu straffen, so dass der Sicherheitsgurt 16 den Fahrzeuginsassen 14 angemessen festhält. Bei einer Fahrzeugkollision, die vorzugsweise durch eine elektronische Steuereinheit (ECU) 56 eines Airbagmoduls des Fahrzeugs erkannt wird, wird das explosive Material in dem Vorspanner 54 gezündet, um ein sich durch die Explosion ausdehnendes Gas zu produzieren, um einen Kolben anzutreiben, der den Gurtaufroller 23 weiter dreht, um den Sicherheitsgurt 16 beinahe augenblicklich zu straffen und zu verhindern, dass der Fahrzeuginsasse bei der Kollision nach vorne geschleudert wird.
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Verben wie ”umfassen”, ”aufweisen”, ”enthalten” und ”haben” sowie deren Abwandlungen in der Beschreibung und in den Ansprüchen der vorliegenden Anmeldung sind in einem einschließenden Sinne zu verstehen. Sie geben an, dass das genannte Element vorhanden ist, schließen jedoch nicht aus, dass noch weitere Elemente vorhanden sind.
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Wenngleich die Erfindung unter Bezugnahme auf eine oder mehrere bevorzugte Ausführungsformen beschrieben wurde, wird der Fachmann erkennen, dass verschiedenen Modifikationen möglich sind, ohne den Schutzrahmen der Erfindung zu verlassen, der durch die anliegenden Ansprüche definiert ist.
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Zum Beispiel kann jede Wicklungseinheit der Läuferwicklungen mehr als zwei Spulen umfassen.
