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Stand der Technik
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Elektromotor mit einem Stator und einem Rotor, der eine Motorwelle aufweist, an der mindestens ein Radiallüfter und mindestens ein Axiallüfter drehfest zur Motorkühlung angeordnet sind.
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Aus der
DE 39 42 083 A1 ist ein derartiger Elektromotor mit einem Stator und einem Rotor bekannt, dessen Motorwelle einen Radiallüfter und einen Axiallüfter aufweist. Diese sind drehfest auf der Motorwelle befestigt und räumlich unmittelbar hintereinander angeordnet, wobei dem Radiallüfter der Axiallüfter unmittelbar ansaugseitig vorgeordnet ist.
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Nachteilig an diesem Stand der Technik ist, dass ein von dem Radiallüfter und dem Axiallüfter erzeugter Kühlluftstrom insbesondere bei großer Motorleistung bzw. -beanspruchung nur eine unzureichende Motorkühlung bewirkt. Hierbei können vor allem innere Motorkomponenten, wie z.B. eine Motorwicklung des Elektromotors, ggfs. nicht ausreichend gekühlt werden. Dies kann im Dauerbetrieb des Elektromotors zu Beschädigungen am Motor führen.
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Offenbarung der Erfindung
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Eine Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen neuen Elektromotor mit einem Radiallüfter und einem Axiallüfter bereitzustellen, bei dem eine verbesserte Motorkühlung ermöglicht werden kann.
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Dieses Problem wird gelöst durch einen Elektromotor mit einem Stator und einem Rotor, der eine Motorwelle aufweist, an der mindestens ein Radiallüfter und mindestens ein Axiallüfter drehfest zur Motorkühlung angeordnet sind. Der Radiallüfter ist im Bereich eines axialen Endes der Motorwelle und der Axiallüfter im Bereich eines gegenüberliegenden axialen Endes der Motorwelle angeordnet.
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Die Erfindung ermöglicht somit die Bereitstellung eines Elektromotors mit einem Radiallüfter und einem Axiallüfter, bei dem durch eine Anordnung des Radiallüfters und des Axiallüfters im Bereich von gegenüberliegenden axialen Enden des Stators bzw. Rotors ein vergleichsweise großer Volumenstrom von Kühlluft zur Motorkühlung erzeugt werden kann und somit eine verbesserte Motorkühlung ermöglicht wird.
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Eine Druckseite des Axiallüfters ist bevorzugt einer Ansaugseite des Radiallüfters zugewandt.
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Somit kann auf einfache Art und Weise eine gemeinsame Wirkrichtung des Axiallüfters und des Radiallüfters ermöglicht werden.
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Bevorzugt ist der Axiallüfter dazu ausgebildet, mindestens einen ersten Kühlluftstrom zur Durchströmung eines Motorinnenraums zu erzeugen und der Radiallüfter ist dazu ausgebildet, mindestens einen zweiten Kühlluftstrom zu erzeugen, der zumindest teilweise zur Verstärkung des ersten Kühlluftstroms und/oder zur Umströmung des Elektromotors ausgebildet ist.
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Somit kann eine vergleichsweise große Luftbewegung zur Kühlung des Elektromotors im Motorinnenraum und im Bereich eines entsprechenden Außenumfangs des Elektromotors erzeugt werden.
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Gemäß einer Ausführungsform ist der Axiallüfter zumindest abschnittsweise in einem ersten Gehäuseteil angeordnet.
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Die Erfindung ermöglicht somit die Bereitstellung eines Elektromotors, bei dem der Axiallüfter auf einfache Art und Weise mittels des ersten Gehäuseteils im Motorinnenraum fixiert werden kann.
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Bevorzugt weist das erste Gehäuseteil mindestens eine Lufteintrittsöffnung zum Eintreten von Luft zur Erzeugung des ersten Kühlluftstroms auf.
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Somit kann ein Eintreten des ersten Kühlluftstroms in den Motorinnenraum an präzise vorgegebenen Eintrittsstellen ermöglicht werden.
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An einer dem ersten Gehäuseteil zugewandten Seite des Radiallüfters ist bevorzugt ein zweites Gehäuseteil angeordnet, wobei das erste und zweite Gehäuseteil einen kleineren Außendurchmesser aufweisen als der Radiallüfter.
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Somit kann eine zusätzlich verbesserte Kühlung des Elektromotors ermöglicht werden, da der erste Kühlluftstrom den Motorinnenraum und der zweite Kühlluftstrom den Außenumfang des Elektromotors kühlen kann.
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Das zweite Gehäuseteil weist bevorzugt mindestens eine Luftaustrittsöffnung zum Austreten des ersten Kühlluftstroms auf.
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Somit kann ein Austreten des ersten Kühlluftstroms aus dem Motorinnenraum an präzise vorgegebenen Austrittsstellen ermöglicht werden.
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Gemäß einer Ausführungsform weisen das erste Gehäuseteil und/oder das zweite Gehäuseteil mindestens eine Aussparung auf, mit der das erste Gehäuseteil und/oder das zweite Gehäuseteil an mindestens einem am Stator vorgesehenen Haltesteg drehfest angeordnet sind, wobei das erste und/oder zweite Gehäuseteil kraftschlüssig durch Aufpressen, Aufkleben und/oder Anschweißen am Stator befestigt sind.
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Somit kann eine stabile und robuste Befestigung des ersten Gehäuseteils und/oder des zweiten Gehäuseteils am Stator ermöglicht werden.
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Bevorzugt ist der mindestens eine Axiallüfter im Bereich einer Antriebsseite und der mindestens eine Radiallüfter im Bereich einer Abtriebsseite des Elektromotors angeordnet.
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Somit kann eine zuverlässige und effektive Kühlung des zwischen der Antriebsseite und der Abtriebsseite ausgebildeten Elektromotors ermöglicht werden.
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Gemäß einer Ausführungsform ist der Elektromotor nach Art eines elektronisch kommutierten Motors ausgebildet.
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Somit kann eine erfindungsgemäße, verbesserte Motorkühlung auf einfache Art und Weise auch bei elektronisch kommutierten Motoren Anwendung finden.
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Darüber hinaus wird das eingangs genannte Problem auch gelöst durch eine Handwerkzeugmaschine, die einen Elektromotor mit einem Stator und einem Rotor aufweist, der eine Motorwelle aufweist, an der mindestens ein Radiallüfter und mindestens ein Axiallüfter drehfest zur Motorkühlung angeordnet sind, wobei der Radiallüfter im Bereich eines axialen Endes der Motorwelle und der Axiallüfter im Bereich eines gegenüberliegenden axialen Endes der Motorwelle angeordnet ist.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Die Erfindung ist anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine schematische Ansicht einer Handwerkzeugmaschine, die einen Elektromotor gemäß einer Ausführungsform aufweist,
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2 eine Explosionsansicht des Elektromotors von 1, gemäß einer Ausführungsform, und
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3 eine teilweise geschnittene und teilweise perspektivische Ansicht des Elektromotors von 1 und 2 im Betrieb.
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Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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1 zeigt eine Handwerkzeugmaschine 100, die beispielhaft nach Art eines Elektrowerkzeugs mit einem Elektromotor 110 ausgebildet ist, der eine verbesserte Motorkühlung ermöglicht und einen Stator 190 sowie einen Rotor 200 gemäß einer Ausführungsform aufweist. Darüber hinaus weist das Elektrowerkzeug 100 illustrativ ein Werkzeuggehäuse 120 mit einem Handgriff 130 sowie eine Werkzeugaufnahme 140 auf, und ist beispielhaft zur netzunabhängigen Stromversorgung mechanisch und elektrisch mit einem Akkupack 150 verbunden.
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Das Elektrowerkzeug 100 ist hier beispielhaft als Akku-Schrauber ausgebildet. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass die vorliegende Erfindung nicht auf Akku-Schrauber beschränkt ist, sondern vielmehr bei unterschiedlichen Elektrowerkzeugen Anwendung finden kann, bei denen der Elektromotor 110 verwendbar ist, z.B. bei einem Bohrhammer, einem Schrauber, einem Bohr-Schrauber, einer Schlagbohrmaschine, einer Säge, einer Fräsmaschine, einer Schleifmaschine, einem Gartenwerkzeug etc., unabhängig davon, ob das jeweilige Elektrowerkzeug netzunabhängig mit dem Akkupack 150 oder netzabhängig betreibbar ist. Insbesondere kann die vorliegende Erfindung auch in Elektrowerkzeugen Anwendung finden, bei denen durch konstruktive Gestaltungsmaßnahmen verhindert wird, dass Ansaugluft den Elektromotor 110 im Werkzeuggehäuse 120 an seiner Außenseite umströmen kann. Bei derartigen Elektrowerkzeugen kann eine Verbesserung der Motorkühlung des Elektromotors 110 dadurch erreicht werden, dass durch den bei 2 und 3 beschriebenen Rotor 200 ein jeweiliger Luftdurchsatz durch den Elektromotor 110 durch eine Verringerung einer entsprechenden Drosselwirkung erhöht wird.
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Der Elektromotor 110 ist exemplarisch in dem Werkzeuggehäuse 120 angeordnet und illustrativ nach Art eines Innenläufermotors ausgebildet, bei dem der Rotor 200 einen Innenrotor ausbildet und der Stator 190 einen Außenstator, kann alternativ hierzu aber auch nach Art eines Außenläufermotors ausgebildet sein. Der Innenläufermotor 110 ist z.B. über einen Handschalter 180 betätigbar, d.h. ein- und ausschaltbar, und kann z.B. als elektronisch kommutierter Motor oder als Bürsten- bzw. Kommutatormotor ausgebildet sein. Vorzugsweise ist der Innenläufermotor 110 derart elektronisch steuer- bzw. regelbar, dass sowohl ein Reversierbetrieb, als auch Vorgaben hinsichtlich einer gewünschten Drehgeschwindigkeit und/oder eines Drehmomentes realisierbar sind.
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Die Werkzeugaufnahme 140 ist bevorzugt zur Aufnahme von Einsatzwerkzeugen ausgebildet und ist gemäß einer Ausführungsform sowohl mit einem Einsatzwerkzeug mit Außenkupplung, z.B. einem Schrauberbit, als auch mit einem Einsatzwerkzeug mit Innenkupplung, z.B. einem Steckschlüssel, verbindbar. Illustrativ ist die Werkzeugaufnahme 140 mit einem Einsatzwerkzeug 170 mit einer Außenmehrkant-Kupplung 160 oder mit einem Einsatzwerkzeug mit einer Innenmehrkant-Kupplung verbindbar. Das Einsatzwerkzeug 170 ist beispielhaft als Schrauberbit mit der illustrativ als Sechskant-Kupplung ausgeführten Außenmehrkant-Kupplung 160 ausgebildet, die in der Werkzeugaufnahme 140 angeordnet ist. Ein derartiges Schrauberbit ist hinreichend aus dem Stand der Technik bekannt, sodass hier zwecks Knappheit der Beschreibung auf eine eingehende Beschreibung verzichtet wird.
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2 zeigt eine beispielhafte Montage des Innenläufermotors 110 von 1 mit dem Innenrotor 200 und dem Außenstator 190, der illustrativ einen aus Blechlamellen aufgebauten, segmentierten Statorkern 193 mit neun Statorsegmenten aufweist, an denen jeweils eine zugeordnete Wicklung vorgesehen ist. Beispielhaft ist eines der Statorsegmente mit dem Bezugszeichen 192 gekennzeichnet und eine der Wicklungen mit dem Bezugszeichen 199. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass die Darstellung von neun Statorsegmenten lediglich beispielhaften Charakter hat und nicht als Einschränkung der Erfindung zu verstehen ist, die bei einer beliebigen Anzahl von Statorsegmenten Anwendung finden kann. Darüber hinaus wird darauf hingewiesen, dass der Statorkern 193 lediglich beispielhaft segmentiert ausgebildet ist und alternativ hierzu auch als unsegmentierter Statorkern z.B. nach Art eines lamellierten Blechpakets oder eines aus Weicheisen ausgebildeten Statorkerns ausgebildet sein kann.
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Der Außenstator 190 weist beispielhaft mindestens einen und illustrativ zwei Isolierkörper 191 auf, die jeweils axial auf den Statorkern 193 aufgeschoben sind, und ist dazu ausgebildet, den Innenrotor 200 nach der Montage zumindest abschnittsweise ringförmig zu umschließen, wie in 3 illustriert. Gemäß einer Ausführungsform weist der Innenrotor 200 eine Motorwelle 250 auf, die mit einem Rotorkern 202 und einem Rotormagneten 204 versehen ist. Der Rotorkern 202 ist bevorzugt aus einem Material mit einem möglichst kleinen magnetischen Widerstand ausgebildet, z.B. mit einem lamellierten Blechpaket oder mit einem Weicheisenkern. Der Rotormagnet 204 ist illustrativ ein hohlzylindrischer Permanentmagnet, der bevorzugt nach Art eines Ringmagneten ausgebildet ist. Jedoch kann der Rotormagnet 204 auch als segmentierter Schalenmagnet, quaderförmiger Magnet oder in beliebig anderer Form ausgebildet sein. Die Motorwelle 250 ist bevorzugt aus Stahl ausgebildet, kann allerdings auch einen beliebigen anderen Werkstoff aufweisen bzw. aus diesem ausgebildet sein.
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Bevorzugt wird die Motorwelle 250 über ein erstes Lagerelement 230 und ein zweites Lagerelement 240 drehbeweglich an einem Motorgehäuse 299 des Innenläufermotors 110 gelagert, wie unten stehend beschrieben. Die Lagerelemente 230, 240 sind z.B. nach Art von Wälzlagern ausgebildet und auf die Motorwelle 250 aufgepresst. Das Motorgehäuse 299 weist illustrativ mindestens ein erstes Gehäuseteil 210 und mindestens ein zweites Gehäuseteil 220 auf, kann alternativ hierzu jedoch auch einstückig oder in mehr als zwei Teilen ausgebildet sein.
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Gemäß einer Ausführungsform werden an der Motorwelle 250 zur Motorkühlung mindestens ein nachfolgend als Radiallüfter bezeichnetes Radiallüfterrad 260 und mindestens ein nachfolgend als Axiallüfter bezeichnetes Axiallüfterrad 270 drehfest angeordnet. Der mindestens eine Axiallüfter 270 ist beispielhaft drehfest im Bereich eines axialen Endes 203 der Motorwelle 250 bzw. des Außenstators 190 angeordnet und in seiner axialen Lage dort von dem ersten Lagerelement 230 fixiert. Der mindestens eine Radiallüfter 260 ist zur vorzugsweise zumindest formschlüssigen Anordnung im Bereich eines gegenüberliegenden axialen Endes 201 der Motorwelle 250 vorgesehen. Hierbei können der mindestens eine Axiallüfter 270 und der mindestens eine Radiallüfter 260 beliebig von den jeweiligen axialen Enden 203 bzw. 201 beabstandet sein. Darüber hinaus können in dem Bereich des einen axialen Endes 201 der Motorwelle 250, an dem der Radiallüfter 260 angeordnet wird, weitere Bauteile zur Übertragung eines durch den Elektromotor 110 erzeugten Drehmoments angeordnet sein bzw. kann dieses axiale Ende 201 zur Übertragung des erzeugten Drehmoments z.B. an ein nachgeschaltetes Getriebe ausgebildet sein.
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Der Radiallüfter 260 und der Axiallüfter 270 weisen jeweils eine Ansaugseite 262 bzw. 271, eine Druckseite 263 bzw. 272 sowie mindestens eine und bevorzugt eine Mehrzahl von Luftleitschaufeln 264 bzw. 274 auf. Bevorzugt wird die Druckseite 272 des Axiallüfters 270 der Ansaugseite 262 des Radiallüfters 260 zugewandt, d.h. der Axiallüfter 270 ist zur Erzeugung eines Luftstrom (350, 360 in 3) in Richtung des Radiallüfters 260 vorgesehen, welcher dazu ausgebildet ist, den vom Axiallüfter 270 erzeugten Luftstrom bevorzugt zumindest teilweise anzusaugen und somit zu verstärken, wie unten bei 3 beschrieben. Zusätzlich kann eine weitere Verbesserung der Motorkühlung durch eine geeignete Kombination von Anzahl, Größe und Form der mindestens einen bzw. der Mehrzahl von Luftleitschaufeln 264, 274 des Axiallüfters 260 bzw. des Radiallüfters 270 erreicht werden.
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Der Axiallüfter 270 wird illustrativ zumindest abschnittsweise im ersten Gehäuseteil 210 angeordnet und im Bereich der Ansaugseite 262 bzw. einer dem ersten Gehäuseteil 210 zugewandten Seite des Radiallüfters 260 wird das zweite Gehäuseteil 220 angeordnet. Hierbei weisen das erste und zweite Gehäuseteil 210, 220 bevorzugt einen kleineren Außendurchmesser als der Radiallüfter 260 auf.
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Am ersten und zweiten Gehäuseteil 210, 220 ist illustrativ jeweils mindestens eine Aussparung 215 bzw. 225 vorgesehen, die in beliebiger Form und Länge an dem ersten Gehäuseteil 210 und/oder dem zweiten Gehäuseteil 220 ausgebildet sein kann. Des Weiteren ist die mindestens eine Aussparung 215, 225 dazu vorgesehen, das erste Gehäuseteil 210 und/oder das zweite Gehäuseteil 220 an mindestens einem am Statorkern 193 ausgebildeten Haltesteg 194 drehfest zu fixieren. Darüber hinaus werden das erste und/oder zweite Gehäuseteil 210 bzw. 220 bevorzugt über eine kraftschlüssige Verbindung am Statorkern 193, z.B. durch Aufpressen, Aufkleben und/oder Anschweißen, befestigt.
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Vorzugsweise weist das erste Gehäuseteil 210 mindestens eine Lufteintrittsöffnung 212, 213, 214 und das zweite Gehäuseteil 220 mindestens eine Luftaustrittsöffnung 222, 223, 224 auf. Bevorzugt ist eine Mehrzahl von Lufteintrittsöffnungen 212, 213, 214 bzw. Luftaustrittsöffnungen 222, 223, 224 vorgesehen. Illustrativ sind jeweils drei Lufteintrittsöffnungen 212, 213, 214 bzw. Luftaustrittsöffnungen 222, 223, 224 ausgebildet.
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3 zeigt den mit dem Motorgehäuse 299 von 2 versehenen Innenläufermotor 110 von 1 und 2 im montierten Zustand, der illustrativ im Werkzeuggehäuse 120 des Elektrowerkzeugs 100 von 1 angeordnet ist. 3 verdeutlicht die Anordnung des Axiallüfters 270 von 2 im Bereich des axialen Endes 203 der Motorwelle 250 von 2, das beispielhaft eine Antriebsseite 301 des Innenläufermotors 110 ausbildet, während das gegenüberliegende axiale Ende 201 der Motorwelle 250 beispielhaft eine Abtriebsseite 303 des Innenläufermotors 110 ausbildet, an der der Radiallüfter 260 angeordnet ist.
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Im Betrieb des Innenläufermotors 110 erzeugt der Axiallüfter 270 mindestens einen ersten Kühlluftstrom 350, 360. Dieser tritt illustrativ durch die Lufteintrittsöffnungen 212, 213, 214 des ersten Gehäuseteils 210 in einen käfigartig vom Motorgehäuse 299 umschlossenen Motorinnenraum 390 ein, durchströmt diesen und tritt an den Luftaustrittsöffnungen 222, 223, 224 des zweiten Gehäuseteils 220 wieder aus dem Motorgehäuse 299 aus. Dadurch erfolgt eine Kühlung des Motorinnenraums 390.
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Darüber hinaus erzeugt der Radiallüfter 260 mindestens einen zweiten Kühlluftstrom 330, 340. Da der Außendurchmesser des Radiallüfters 260 größer als der Außendurchmesser des ersten und zweiten Gehäuseteils 210, 220 und somit des Motorgehäuses 299 und des Statorkerns 193 ist, umströmt der zweite Kühlluftstrom 330, 340 den Innenläufermotor 110 illustrativ an seinem Außenumfang. Darüber hinaus oder alternativ hierzu kann der Radiallüfter 260 zumindest zur teilweisen Verstärkung des ersten Kühlluftstroms 350, 360 durch ein Ansaugen dieses ersten Kühlluftstroms 350, 360 ausgebildet sein.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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