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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die Erfindung betrifft einen Elektromotor und insbesondere Lamellen, die einen Rotorkern des Elektromotors bilden.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Ein Elektromotor hat normalerweise einen Stator und einen Rotor, der sich hinsichtlich des Stators drehen kann. Der Stator hat mehrere Magnetpole, die üblicherweise durch Permanentmagnete gebildet werden. Der Rotor hat eine Welle mit einem Rotorkern und einem an der Welle befestigten Kommutator. Der Rotorkern hat mehrere Zähne, und Rotorwicklungen sind um die Zähne herumgeführt. Die Wicklungen sind mit dem Kommutator elektrisch verbunden. Bürsten sind für einen Gleitkontakt mit dem Kommutator vorgesehen, um die Wicklungen mit Strom zu versorgen und dadurch den Motor anzutreiben.
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Ein typischer Rotorkern ist gebildet durch das Schichten einer Vielzahl von Lamellen, die einen ringförmigen Bereich mit einer zentralen Öffnung aufweisen, in welche die Welle hineingedrückt ist. Die Zähne erstrecken sich von einem radialen Außenumfang des ringförmigen Bereichs. Motoren, die diese Art von Rotorkern aufweisen, haben den Nachteil, dass eine Drehmomentwelligkeit, die wegen der Interaktion mit dem Stator an den Zähnen entsteht, auf die Welle und dann auf angetriebene Einrichtungen wie ein Gebläse oder dergleichen übertragen wird. Das Ergebnis ist, dass durch diese Drehmomentwelligkeit ein unerwünschtes Geräusch entsteht.
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Aus diesem Grund wird ein verbesserter Motor gewünscht, bei dem die vorgenannten Probleme beseitigt werden können oder der zumindest eine sinnvolle Wahlmöglichkeit bietet.
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ÜBERSICHT
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Elektromotor angegeben, umfassend: einen Stator mit einer Vielzahl von Magnetpolen; und einen Rotor, der an dem Stator drehbar montiert ist, wobei der Rotor umfasst: einen an der Welle befestigten Kommutator; einen Rotorkern, der ein Lamellenpaket umfasst, das an der Welle befestigt ist und an den Kommutator angrenzt; und Rotorwicklungen, die an dem Rotorkern ausgeführt sind und mit dem Kommutator elektrisch verbunden sind, wobei jede Lamelle umfasst: einen Innenring mit einer Öffnung zum Festlegen der Welle; einen von dem Innenring radial beabstandeten Außenring; eine Vielzahl von Zähnen, die sich von dem Außenring nach außen erstrecken; und eine Anzahl von Rippen, die den Innenring mit dem Außenring verbinden, wobei jede Rippe in einer Umfangsrichtung der Lamelle gemessen eine Breite w hat; wobei die Anzahl der Rippen gleich n ist und die Breite w und die Anzahl n folgende Gleichung erfüllen: 0,75 ≤ n × w2 ≤ 64, wobei die Breite w jeder Rippe in Millimeter gemessen wird.
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Vorzugsweise erfüllen die Anzahl n und die Breite w folgende Gleichung: 6,75 ≤ n × w2 ≤ 18.
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Vorzugsweise beträgt n drei, und w beträgt 0,2 mm.
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Wahlweise beträgt n drei oder vier, und w beträgt 1,5 mm.
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Wahlweise beträgt n drei, und w beträgt 0,65 mm.
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Wahlweise beträgt n vier, und w beträgt 4 mm.
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Vorzugsweise liegt w in dem Bereich von 0,60 mm bis 4 mm.
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Vorzugsweise erstreckt sich jeder Rippe radial von dem Innenring zu dem Außenring.
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Wahlweise erstreckt sich jeder Rippe in einer nichtradialen Richtung.
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Vorzugsweise ist jede Rippe bezüglich einer radialen Richtung, die ein radial inneres Ende der Rippe kreuzt, geneigt.
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Wahlweise erstreckt sich jede Rippe von dem Innenring zu dem Außenring entlang einer gekrümmten Bahn.
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Vorzugsweise ist jede Rippe im Wesentlichen S-förmig.
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Vorzugsweise sind die Rippen hinsichtlich der Drehmitte der Lamelle asymmetrisch angeordnet.
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Vorzugsweise hat jede Rippe ein radial äußeres Ende, die radial äußeren Enden von zwei benachbarten Rippen sind um einen Mittelpunktswinkel winkelförmig voneinander beabstandet, und die Mittelpunktswinkel zwischen radial äußeren Enden von verschiedenen benachbarten Rippen sind verschieden.
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Vorzugsweise liegt der Mittelpunktswinkel zwischen radial äußeren Enden von zwei benachbarten Rippen zwischen 66° und 78°.
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Vorzugsweise ist ein durchschnittlicher Mittelpunktswinkel mit 360°/n angegeben; und ein Differenzwert zwischen dem durchschnittlichen Mittelpunktswinkel und dem Mittelpunktswinkel zwischen radial äußeren Enden von je zwei benachbarten Rippen liegt in dem Bereich von 0° bis 6°.
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Vorzugsweise liegt die Breite w in einem Bereich von 1,0 mm bis 3,0 mm.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Lamelle für einen Elektromotor angegeben, umfassend: einen Innenring mit einer Öffnung zum Festlegen einer Welle; einen von dem Innenring radial beabstandeten Außenring; eine Vielzahl von Zähnen, die sich von dem Außenring nach außen erstrecken; und eine Vielzahl von Rippen, die den Innenring mit dem Außenring verbinden, wobei jeder Rippe in einer Umfangsrichtung der Lamelle gemessen eine Breite w hat; wobei die Anzahl der Rippen gleich n ist und wobei die Breite w und die Anzahl n die Gleichung 0,75 ≤ n × w2 ≤ 64 erfüllen, wobei die Breite w jeder Rippe in Millimeter gemessen wird.
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Vorzugsweise erfüllen die Anzahl n und die Breite w folgende Gleichung: 6,75 ≤ n × w2 ≤ 18.
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Vorzugsweise beträgt die Anzahl von Rippen drei, und die Breite jeder Rippe beträgt 2,0 mm.
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Vorzugsweise erstreckt sich jede Rippe in einer nichtradialen Richtung.
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Vorzugsweise erstreckt sich jede Rippe von dem Innenring zu dem Außenring entlang einer gekrümmten Bahn.
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Vorzugsweise sind die Rippen bezüglich des Drehmittelpunkts der Lamelle asymmetrisch angeordnet.
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Vorzugsweise hat jede Rippe ein radial äußeres Ende, die radial äußeren Enden von zwei benachbarten Rippen sind um einen Mittelpunktswinkel winkelförmig voneinander beabstandet, und die Mittelpunktswinkel zwischen radial äußeren Enden von verschiedenen benachbarten Rippen sind verschieden.
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Vorzugsweise ist ein durchschnittlicher Mittelpunktswinkel angegeben mit 360° geteilt durch n, wobei n die Anzahl von Rippen ist; und ein Differenzwert zwischen dem durchschnittlichen Mittelpunktswinkel und dem Mittelpunktswinkel zwischen radial äußeren Enden von jeweils zwei benachbarten Rippen liegt in dem Bereich von 0° bis 6°.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nunmehr anhand eines Beispiels beschrieben, wobei auf die Figuren der anliegenden Zeichnungen Bezug genommen wird. Identische Strukturen, Elemente oder Teile, die in mehr als einer Zeichnungsfigur erscheinen, sind in all diesen Figuren identisch gekennzeichnet. Die Dimensionen und Merkmale, die in den Figuren gezeigt sind, sind im Hinblick auf eine übersichtliche Darstellung gewählt und sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu. Die Figuren sind nachstehend aufgelistet.
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1 ist eine isometrische Ansicht eines Motors gemäß einer ersten Ausführungsform vorliegender Erfindung;
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2 ist eine auseinandergezogene Darstellung des Motors von 1;
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3 ist eine ähnliche Ansicht wie 2, jedoch von unten betrachtet;
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4 zeigt eine Lamelle des Rotorkerns des Motors von 2;
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5 zeigt eine Lamelle gemäß einer zweiten Ausführungsform;
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6 zeigt eine Lamelle gemäß einer dritten Ausführungsform;
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7 zeigt eine Lamelle gemäß einer vierten Ausführungsform;
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8 zeigt eine Lamelle gemäß einer fünften Ausführungsform; und
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9 zeigt eine Lamelle gemäß einer sechsten Ausführungsform.
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DETAILBESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Die 1 bis 3 zeigen einen Motor 10 gemäß der bevorzugten Ausführungsform, der zum Beispiel bei einem Kühlgebläsemodul für eine Antriebsmaschine oder dergleichen verwendet werden kann.
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Der Motor 10 hat einen Stator und einen Rotor 20, der in dem Stator drehbar aufgenommen ist. Der Stator hat ein zylindrisches Gehäuse 11 mit einem offenen Ende und einem geschlossenen Ende, eine Vielzahl von Permanentmagneten 14, die an einer Innenumfangswand des Gehäuses 11 befestigt sind, eine Bürstenbrücke 15, die an dem offenen Ende des Gehäuses 11 befestigt ist, und eine Endkappe 13, die an dem Gehäuse 11 an dessen offenem Ende befestigt ist. Die Bürstenbrücke 15 liegt in dem Hohlraum, der durch das Gehäuse 11 und die Endkappe 13 definiert wird. An der Bürstenbrücke 15 ist eine Vielzahl von Bürsten 16 montiert. Die Bürsten 16 sind derart angeordnet, dass sie mit einer Stromquelle elektrisch verbunden sind, um von der Stromquelle Strom zu beziehen.
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Das geschlossene Ende des Gehäuses 11 bildet eine Endabdeckung 12. Zwei Lager 40 sind jeweils an der Endabdeckung 12 des Gehäuses 11 und an der Endkappe 13 montiert, um den Rotor 20 drehbar zu lagern.
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Der Rotor hat eine Welle 21, die in den beiden Lagern 40 zapfengelagert ist, einen Rotorkern 25 und einen an der Welle 21 befestigten Kommutator 23. Wicklungen 26 sind an dem Rotorkern 25 ausgeführt und mit dem Kommutator 23 elektrisch verbunden. Die Bürsten 16 befinden sich in Gleitkontakt mit dem Kommutator 23, um die Wicklungen 26 mit Strom zu speisen, und der Rotorkern 25, der durch die mit Strom gespeisten Wicklungen 26 magnetisiert wird, interagiert mit den Magnetpolen des Stators. Dadurch bewirkt die Magnetkraft, die zwischen dem Stator und dem Rotorkern 25 erzeugt wird, dass sich der Rotor hinsichtlich des Stators dreht.
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Der Rotorkern 25 ist durch eine Vielzahl von Lamellen 30 gebildet, die in einer axialen Richtung der Welle 21 geschichtet sind. Da die Lamellen 30 identisch sind, wird nachstehend zur Darstellung nur eine Lamelle beschrieben.
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Es wird auf 4 Bezug genommen. Die Lamelle 30 hat im Wesentlichen die Form einer ebenen Platte oder eines ebenen Blechs, mit einem Innenring 31, einem zu dem Innenring 31 konzentrischen Außenring 33, einer Vielzahl von Rippen 32, die den Innenring 31 und den Außenring 33 verbinden, und einer Vielzahl von Zähnen 34, die sich von dem Außenring 33 nach außen erstrecken. Der Innenring 31 hat eine Öffnung 35 zum Festlegen der Welle 21. Jeder Zahn 34 hat einen Hals 37, der sich von dem Außenring 33 erstreckt, und einen Polschuh 38, der sich an das radial äußere Ende des Halses 37 anschließt und den Permanentmagneten des Stators gegenüberliegt. In der vorliegenden Ausführungsform erstreckt sich jede Rippe 32 im Wesentlichen in einer radialen Richtung der Lamelle 30.
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Jede Rippe, die zwischen den Innenring 31 und den Außenring 33 geschaltet ist, hat eine Breite kleiner als eine Breite des Halses 37 jedes Zahns 34. Die schmalen Rippen 32 reduzieren Wege für die Übertragung der Drehmomentwelligkeit von dem Außenring 33 auf den Innenring 31, dann auf die Welle 21 und auf die durch die Welle 21 angetriebene Einrichtung. Die Rippen 32 verfügen über einen Grad an Flexibilität, Federwirkung oder Elastizität, der den Übergang oder die Übertragung von Vibrationen in dem Außenring 33, die durch die Drehmomentwelligkeit entstehen, auf den Innenring 31 dämpft. Dadurch kann das Geräusch, das durch die Drehmomentwelligkeit erzeugt wird, vermindert werden.
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Vorzugsweise erfüllen die Breite w jeder Rippe 32 und die Anzahl n der Rippen 32 die Gleichung: 0,75 ≤ n × w2 ≤ 64, wobei die Breite w jeder Rippe 32 in Millimeter (mm) gemessen wird. In dieser Ausführungsform beträgt die Anzahl der Rippen 32 gleich vier, und die Breite jeder Rippe 32 beträgt 4 mm. Auf diese Weise können die schmalen Rippen 32 die Drehmomentwelligkeit vermindern, die von dem Außenring 33 auf den Innenring 31 übertragen wird, während gleichzeitig für eine ausreichende mechanische Festigkeit gesorgt wird. In der Praxis können die Rippen 32 eine geringere Breite haben, und die Anzahl der Rippen 32 kann geringer sein, um die Drehmomentwelligkeit, die von der Welle 21 übertragen wird, noch weiter zu verringern. Weiter vorzugsweise erfüllen die Breite w jeder Rippe 32 und die Anzahl n von Rippen 32 die Gleichung: 6,75 ≤ n × w2 ≤ 18.
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Es sollte darauf hingewiesen werden, dass in der Beschreibung und in den Ansprüchen der vorliegenden Erfindung die Breite w der Rippen und die Breite des Halses 37 der Zähne 34 jeweils in einer Umfangsrichtung des Rotorkerns 25 gemessen werden.
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5 zeigt eine Lamelle 30 gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Bei dieser Lamelle 30 ist jede der Rippen 32 schmaler als in der ersten Ausführungsform. Insbesondere beträgt die Breite w jeder Rippe 1,5 mm.
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6 zeigt eine Lamelle 30 gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Verglichen mit der Lamelle 30 der zweiten Ausführungsform ist die Anzahl der Rippen 32 bei der vorliegenden Lamelle 30 auf drei verringert, und jede der Rippen 32 hat sogar eine noch geringer Breite w, die 0,65 mm beträgt. Wahlweise kann die Breite w der Rippen 32 größer sein, z. B. 1,5 mm oder 0,2 mm betragen, um entsprechend den praktischen Anforderungen die mechanische Festigkeit der Lamelle 30 zu erhöhen.
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Es wurde festgestellt, dass die Rippen 32 mit einer Breite in dem Bereich von 0,60 mm bis 4 mm insofern vorteilhaft sind, als sie die auf die Welle 21 übertragene Drehmomentwelligkeit und das durch die Drehmomentwelligkeit erzeugte Geräusch verringern. Den praktischen Anforderungen entsprechend kann die Anzahl von Rippen 32 größer als drei sein.
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7 zeigt eine Lamelle 30 gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Bei dieser Lamelle 30 beträgt die Anzahl von Rippen 32 fünf, und die Rippen 32 erstrecken sich jeweils nicht linear, sondern gekrümmt. Insbesondere sind die Rippen 32 jeweils S-förmig. Da die gekrümmten Rippen 32 als Dämpfer wirken, sind sie wirksamer bei der Verminderung der auf die Welle 21 übertragenen Drehmomentwelligkeit. In dieser Ausführungsform sind die Rippen 32 bezüglich des Drehmittelpunkts der Lamelle 30 symmetrisch, und zwar koinzidiert jede Rippe 32 mit einer jeweiligen vorher gedrehten benachbarten Rippe, wenn die Lamelle 30 um einen vorgegebenen Winkel gedreht wird, um eine Rippe 32 zu dem Ort der vorher gedrehten benachbarten Rippe zu bewegen. Insbesondere sind alle Rippen identisch und sind in Umfangsrichtung in gleichen Abständen um den Außenring verteilt.
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8 zeigt eine Lamelle 30 gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Diese Lamelle 30 hat ähnlich wie die Lamelle 30 in 7 fünf S-förmige Rippen 32 mit geringer Breite. Die Lamelle 30 unterscheidet sich von der in 7 gezeigten Lamelle 30 dadurch, dass die Rippen 32 bezüglich der Drehmitte der Lamelle 30 asymmetrisch angeordnet sind. Insbesondere hat jede Rippe 32 ein radial äußeres Ende, und die radial äußeren Enden von zwei benachbarten Rippen 32 sind um einen Mittelpunktswinkel, der vorzugsweise zwischen 66° und 78° beträgt, winkelförmig voneinander beabstandet. Die Mittelpunktswinkel zwischen den radial äußeren Enden der verschiedenen benachbarten Rippen 32 sind verschieden. In dieser Ausführungsform zum Beispiel betragen die fünf Mittelpunktswinkel zwischen den radial äußeren Enden der Rippen 32 jeweils 75,02°, 72,14°, 68,84°, 77° und 67°.
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9 zeigt eine Lamelle 30 gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Diese Lamelle 30 hat ähnlich wie die in 8 gezeigte Lamelle 30 fünf schmale Rippen 32, die bezüglich der Drehmitte der Lamelle 30 asymmetrisch angeordnet sind. Die Mittelpunktswinkel zwischen den radial äußeren Enden der verschiedenen Rippen 32 sind verschieden. In dieser Ausführungsform betragen die fünf Winkel zwischen den radial äußeren Enden der Rippen 32 jeweils 75,02°, 72,14°, 68,84°, 77° und 67°. Diese Lamelle 30 unterscheidet sich von der in 8 gezeigten Lamelle 30 dadurch, dass sich jede Rippe 32 nicht linear, sondern gekrümmt erstreckt, und zwar ist jede Rippe 32 bezüglich einer radialen Richtung, die das radial innere Ende der Rippe kreuzt, in Uhrzeigerrichtung geneigt.
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Da die Rippen 32 der Lamellen 30, die in den 8 und 9 gezeigt sind, asymmetrisch angeordnet sind, ändert dies die Resonanzfrequenz der Lamelle 30 und vermindert dadurch die auf die Welle 21 übertragene Drehmomentwelligkeit noch weiter. Vorzugsweise liegt die Breite w der Rippen 32 in dem Bereich von 1,0 mm bis 3,0 mm. Die Anzahl n von Rippen 32 kann größer als fünf sein, ist vorzugsweise jedoch nicht größer als dreizehn. Ein Differenzwert zwischen einem durchschnittlichen Mittelpunktswinkel, der mit 360°/n angegeben ist, und dem Mittelpunktswinkel zwischen den radial äußeren Enden von je zwei benachbarten Rippen 32 liegt in dem Bereich von 0° bis 6°.
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Die Erfindung wurde vorstehend mit Bezug auf einen oder mehrere bevorzugte Ausführungsformen beschrieben. Der Fachmann wird jedoch erkennen, dass verschiedene Modifikationen möglich sind, weshalb der Schutzumfang der Erfindung durch die anliegenden Ansprüche definiert 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.
