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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft einen Spindelmotor, insbesondere zum Antrieb eines Lüfters, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Stand der Technik
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Die
EP 1 130 270 A2 offenbart einen Lüfter, der von einem Spindelmotor angetrieben ist. Der Lüfter umfasst ein Gehäuse mit einem Gehäuseunterteil, das als Kunststoff-Spitzgussteil ausgebildet ist. Es ist aber auch bekannt, das Gehäuse aus Metallblech auszubilden, beispielsweise als Tiefziehteil. Das Gehäuseunterteil besitzt eine zylindrische Hülse, die zur Aufnahme des Lagersystems des Spindelmotors dient. Als Lagersystem wird ein Wälzlagersystem verwendet. Die Statoranordnung des elektromagnetischen Antriebssystems ist am Außenumfang der zylindrischen Hülse des Gehäuseunterteils angeordnet.
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Die am Gehäuseunterteil angeformte zylindrische Hülse weist eine relativ geringe Wandstärke auf. Bei der Montage des Lagersystems und der Statoranordnung kann sich durch den Press-Fit zwischen Stator und der Hülse die zylindrische Hülse unzulässig verformen, wodurch der Rotor nicht mehr eingebaut werden kann. Bei einem zu großen Spalt zwischen dem Lagersystem und der zylindrischen Hülse wird die Konzentrizität zwischen der Statoranordnung und der Rotationsachse des Lagersystems verschlechtert, was im Betrieb des Lüfters ebenfalls zu unerwünschten Vibrationen und Geräuschen führen kann.
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Offenbarung der Erfindung
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Es ist die Aufgabe der Erfindung, einen Spindelmotor zum Antrieb eines Lüfters anzugeben, der eine stabilere und genauere Montage des Lagersystems und der Statoranordnung erlaubt und ein verbessertes Geräuschverhalten zeigt.
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Diese Aufgabe wird durch einen Spindelmotor mit den Merkmalen des Anspruch 1 gelöst.
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Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung und weitere vorteilhafte Merkmale sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Der Spindelmotor zum Antrieb eines Lüfters umfasst ein Gehäuse mit einem Gehäuseboden, ein feststehendes Motorbauteil, das am Gehäuseboden befestigt ist und eine Lagerbuchse aufweist, ein relativ zum feststehenden Motorbauteil drehbares Motorbauteil, ein fluiddynamisches Lagersystem zur Drehlagerung des drehbaren Motorbauteils relativ zum feststehenden Motorbauteil, wobei das fluiddynamische Lagersystem mindestens ein fluiddynamisches Radiallager und mindestens ein fluiddynamisches Axiallager umfasst, die entlang eines mit Lagerfluid gefüllten Lagerspalts angeordnet sind, und ein elektromagnetisches Antriebssystem zum Drehantrieb des drehbaren Motorbauteils, welches eine am feststehenden Motorbauteil angeordnete Statoranordnung und einen am drehbaren Motorbauteil angeordneten Rotormagneten aufweist.
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Erfindungsgemäß ist am Gehäuseboden eine Haltebuchse angeordnet, in welcher die Lagerbuchse gehalten ist.
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Vorzugsweise ist diese Haltebuchse mittels einer Pressverbindung in einer Öffnung des Gehäusebodens befestigt und trägt die Lagerbuchse des fluiddynamischen Lagersystems sowie die Statoranordnung, die am Außenumfang der Haltebuchse angeordnet ist. Die Haltebuchse ist nicht integraler Bestandteil des Gehäuses sondern besteht aus einem stabilen und steifen Stahlteil, welches entsprechende Auspresskräfte der eingeklebten Lagerbuchse oder der aufgepressten Statoranordnung aufnehmen kann, ohne sich merklich zu verformen.
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Die Statoranordnung ist vorzugsweise mittels einer Pressverbindung am Außenumfang der Haltebuchse befestigt. Durch genaue Bearbeitung der entsprechenden Fügeflächen der Haltebuchse und der Statoranordnung kann eine spielfreie Verbindung und eine gute Konzentrizität zwischen der Rotationsachse des Lagers und der Statoranordnung sicher gestellt werden.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist die Haltebuchse am Innenumfang eine Aussparung auf, der einen Freiraum zwischen der Haltebuchse und der Lagerbuchse bildet und auf derselben axialen Höhe wie der Statorkern angeordnet ist. Die Aussparung kann axial mit dem Statorkern und einer die Lagerbuchse abdeckenden Abdeckkappe überlappen, wobei sich der Rand der Abdeckkappe in den durch die Aussparung gebildeten Freiraum hinein erstreckt.
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Insbesondere können die axialen Längen des Lagersystems und der Statoranordnung etwa gleich groß sein. Dadurch kann die Bauhöhe des Spindelmotors sehr klein gehalten werden.
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Vorzugsweise überlappt ein axial verlaufender Teil eines zwischen der Lagerbuchse und der Abdeckkappe gebildeten Dichtungsspalts in axialer Richtung mit dem Statorkern und der Aussparung. Dadurch kann ebenfalls die axiale Länge des Lagersystems und des Spindelmotors reduziert werden.
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In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Haltebuchse einteilig mit der Lagerbuchse ausgebildet ist, und die beiden Teile eine erweiterte Lagerbuchse bilden.
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Um auch hier die Höhe des Lagersystems gering halten zu können ist es vorgesehen, dass ein axial verlaufender Teil des zwischen der Abdeckkappe und der Lagerbuchse gebildeten Dichtungsspalts in axialer Richtung mit dem Statorkern überlappt. Hierzu weist die erweitere Lagerbuchse vorzugsweise eine Nut auf, welche auf derselben axialen Höhe angeordnet ist, wie der Statorkern, wobei sich der untere Rand der Abdeckkappe in die Nut hinein erstreckt.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen mit Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt einen Lüfter, angetrieben von einem fluidgelagerten Spindelmotor gemäß einer ersten Ausgestaltung der Erfindung.
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2 zeigt einen Lüfter, angetrieben von einem fluidgelagerten Spindelmotor gemäß einer zweiten Ausgestaltung der Erfindung.
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1 zeigt einen Schnitt durch einen Lüfter, der von einem fluidgelagerten Spindelmotor angetrieben wird. Der Lüfter umfasst ein Gehäuse mit einem Gehäuseunterteil 10, das gleichzeitig die Plattform zur Montage des Lüfters ausbildet. Das Gehäuseunterteil 10 ist vorzugsweise aus Blech ausgebildet, beispielsweise als Stanzteil. Es kann auch ein Gehäuseunterteil aus Kunststoff, beispielsweise ein Spritzgussteil, verwendet werden. Das Gehäuseunterteil 10 umfasst eine runde Öffnung, in die eine Haltebuchse 12 eingesetzt ist, die vorzugsweise aus Stahl besteht. Ist das Gehäuseunterteil aus Koststoff gefertigt, muss die Haltebuchse umspritzt werden (nicht zeichnerisch dargestellt). Die Haltebuchse 12 weist zylindrische äußere und innere Umfangsflächen auf, welche vorzugsweise einen oder mehrere Absätze aufweisen. Ein erster Absatz der äußeren Umfangsfläche der Haltebuchse 12 ist in der Öffnung des Gehäuseunterteils 10 aufgenommen und mit diesem vorzugsweise stoffschlüssig mittels einer Schweiß- oder Klebeverbindung verbunden. Eine durch den ersten Absatz ausgebildete untere Auflagefläche der Haltebuchse 12 liegt auf der Oberseite des Gehäuseunterteils 10 auf. In die Haltebuchse 12 ist eine zylindrische Lagerbuchse 14 eingesetzt, die am Innenumfang der Haltebuchse 12 mittels einer Fügeverbindung, vorzugsweise einer Klebeverbindung, gehalten ist.
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Die Fügeverbindung kann zusätzlich durch Klebstoff fixiert werden, der beispielsweise in Klebstofftaschen 12a am Innenumfang der Haltebuchse 12 eingebracht ist. Die Lagerbuchse 14 liegt nicht am gesamten Innenumfang der Haltebuchse 12 an, sondern die Haltebuchse 12 weist an ihrem Innenumfang eine Aussparung auf, die zwischen der Haltebuchse 12 und der Lagerbuchse 14 ein Freiraum 16 bildet.
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In einer Lagerbohrung der Lagerbuchse 14 ist eine Welle 18 drehbar gelagert. Zwischen dem Außenumfang der Welle 18 und dem etwas größeren Innendurchmesser der Lagerbohrung ist ein mit einem Lagerfluid gefüllter Lagerspalt 20 angeordnet.
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Auf der dem Gehäuseunterteil 10 benachbarten Seite weist die Lagerbuchse 14 eine erste Aussparung auf, deren Durchmesser deutlich größer ist als der Durchmesser der Welle 18 bzw. der Lagerbohrung. Die Lagerbuchse 14 ist an dieser Seite durch eine Abdeckplatte 22 gasdicht verschlossen, die in einer zweiten Aussparung angeordnet ist, wobei die zweite Aussparung einen nochmals größeren Durchmesser als die erste Aussparung aufweist. Innerhalb der ersten Aussparung der Lagerbuchse 14 ist ein Stopperring 18a an der Welle 18 angeordnet, der einen größeren Durchmesser als die Welle 18 aufweist. Der Stopperring 18a ist vorzugsweise einteilig mit der Welle 18 ausgebildet; er kann aber auch als separates, mit der Welle 18 verbundenes Bauteil ausgebildet werden. Die erste Aussparung, in welcher der Stopperring 18a angeordnet ist, ist mit dem Lagerspalt 20 verbunden und um den Stopperring 18a herum vollständig mit Lagerfluid gefüllt. Der Stopperring 18a verhindert einerseits ein Herausfallen der Welle 18 aus der Lagerbuchse 14 und andererseits ist er Teil eines fluiddynamischen Axiallagers 28.
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Entlang des zwischen der Welle 18 und der Lagerbuchse 14 gebildeten axial verlaufenden Abschnitts des Lagerspalts 20 sind zwei fluiddynamische Radiallager 24, 26 ausgebildet, welche durch Lagerrillenstrukturen 24a, 26a gekennzeichnet sind, die auf der Oberfläche der Welle 18 oder der die Lagerbohrung begrenzenden Oberfläche der Lagerbuchse 14 angeordnet sind und beispielsweise sinusförmig bzw. parabelförmig oder chevronförmig ausgebildet sind. Sobald die Welle in Rotation versetzt wird, erzeugen die Lagerrillenstrukturen 24a, 26a eine Pumpkraft auf das im Lagerspalt 20 befindliche Lagerfluid, so dass sich im Lagerspalt ein hydrodynamischer Druck einstellt.
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Zwischen den Radiallagern 24, 26 weitet sich der axiale Abschnitt des Lagerspaltes 20 auf. Dieser verbreiterte Spalt wird als Separatorspalt bezeichnet.
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Bezüglich ihres Scheitelpunktes also des Apex können die Lagerrillenstrukturen 24a, 26a der Radiallager 24, 26 entweder symmetrisch angeordnet sein oder aber eine asymmetrische Formgebung haben. In der dargestellten Ausgestaltung sind die Lagerrillenstrukturen 24a des oberen Radiallagers 24 asymmetrisch ausgebildet, indem deren obere Äste länger sind als die unteren Äste, so dass sie eine überwiegende Pumpwirkung auf das im Lagerspalt befindliche Lagerfluid nach unten in Richtung des zweiten Radiallagers 26 ausbilden.
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Die Lagerrillenstrukturen 26a des zweiten Radiallagers 26 können dagegen symmetrisch ausgebildet sein und erzeugen eine Pumpwirkung zu gleichen Teilen in beide Richtungen des axial verlaufenden Lagerspaltes 20.
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Zwischen der ebenen Unterseite des Stopperrings 18a und der Oberseite der Abdeckplatte 22 besteht ein radial verlaufender Spalt, entlang dessen das fluiddynamische Axiallager 28 angeordnet ist. Das Axiallager 28 ist weist beispielsweise spiralförmige Lagerrillenstrukturen auf, die auf der Unterseite des Stopperrings 18a und/oder der Oberseite der Abdeckplatte 22 angeordnet sind. Das Axiallager 28 erzeugt bei Rotation der Welle bzw. des Stopperrings 18a eine nach oben gerichtete Lagerkraft, so dass der Stopperring 18a vollständig von der Oberfläche der Abdeckplatte 22 abhebt und berührungslos in der ersten Aussparung der Lagerbuchse 14 rotiert.
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Die obere Stirnseite der Lagerbuchse 14 ist von einer becherförmigen Abdeckkappe 32 überdeckt, wobei zwischen dem Außenumfang der Lagerbuchse 14 und dem Innenumfang der Abdeckkappe 32 ein Hohlraum gebildet wird, der als Dichtungsspalt 34 zur Abdichtung des Fluidlagers und als Reservoir für das Lagerfluid dient. Der Dichtungsspalt 34 grenzt unmittelbar an den axial verlaufenden Abschnitt des Lagerspalts 20 an und ist anteilig mit Lagerfluid gefüllt. Der Dichtungsspalt 34 verläuft ausgehend vom Lagerspalt 20 zunächst radial nach außen und weitet sich auf und knickt dann um etwa 90 Grad ab und verläuft weiter in axialer Richtung parallel zur Rotationsachse 30. Während die den Dichtungsspalt 34 begrenzenden Flächen der Abdeckkappe 32 verlaufen bis auf mehrere Vorsprünge 32a parallel bzw. senkrecht zur Rotationsachse 30, während die Stirnfläche und der Außenumfang der Lagerbuchse 14 Schrägen aufweisen, so der Dichtungsspalt 34 einen konischen Querschnitt aufweist.
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Die Abdeckkappe 32 weist mehrere in Richtung der Lagerbuchse 14 gerichtete Vorsprünge 32a auf, die einen definierten axialen Abstand zwischen der Lagerbuchse 14 und der Abdeckkappe 32 zur Bildung des Dichtungsspalts 34 gewährleisten.
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Der untere Rand der Abdeckkappe 32 ist an der äußeren Umfangsfläche der Lagerbuche 14 befestigt, beispielsweise mittels einer Klebstoffnaht und einer Pressverbindung, so dass eine feste Verbindung hergestellt wird. Zur Belüftung des den Dichtungsspalt 34 bildenden Hohlraums können eine oder mehrere kleine Bohrungen 32b am äußeren Rand der Abdeckkappe 32 vorgesehen sein. Diese Bohrungen 32b sind so klein, dass kein Lagerfluid austreten kann.
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Der äußere Rand der Abdeckkappe 32 erstreckt sich größtenteils bis in den durch die Aussparung gebildeten Freiraum 16 zwischen der Haltebuchse 12 und der Lagerbuchse 14 hinein.
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Am oberen freien Ende der Welle 18 ist eine Nabe 36 angeordnet, welche zusammen mit der Welle 18 in Drehung versetzt werden kann. Die Nabe 36 ist beispielweise als Tiefziehteil oder Drehteil ausgebildet und mit der Welle 18 über eine Schweißverbindung verbunden. An der Nabe 36 ist ein Lüfterrad 38 befestigt, beispielsweise aus Kunststoff, das am Außenumfang der Nabe 36 angespritzt sein kann. Die Nabe 36 ist vorzugsweise becherförmig ausgebildet und weist an einer inneren Umfangsfläche einen ringförmigen Rotormagnet 40 auf. Zur Verbesserung der Verbindung zwischen der Nabe 36 und dem Lüfterrad 38 kann der Außenumfang der Nabe 36 mit einem Rändel und/oder einem radial abstehenden Flansch 36a versehen sein. Zwischen der Nabe 36, dem Lüfterrad 38 und dem Rotormagneten 40 ist vorzugsweise ein Freiraum gebildet, der zur Aufnahme einer Wuchtmasse 46, beispielsweise Klebstoff, dient, die zum Auswuchten des gesamten Rotorbauteils, bestehend aus Nabe 36, Lüfterrad 38 und Rotormagnet 40, in diesem Bereich angebracht wird.
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An einem zweiten Absatz an der äußeren Umfangsfläche der Haltebuchse 12 ist eine Statoranordnung 42 angeordnet. Die Statoranordnung 42 sitzt auf einer durch den zweiten Absatz gebildeten Auflagefläche. Die Statoranordnung 42 umfasst einen ringförmigen Statorkern 42a, auf welchem mehrere Statorwicklungen angeordnet sind. Der Statorkern 42a ist mittels einer Fügeverbindung, vorzugsweise einer Presspassung, auf dem zweiten Absatz der Haltebuchse 14 befestigt und kann zusätzlich durch Klebstoff fixiert sein.
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Die magnetische Mitte der Statoranordnung 42 befindet sich axial unterhalb der magnetischen Mitte des Rotormagneten 40, wodurch auf das Rotorbauteil eine axial nach unten in Richtung des Gehäusebodens 10 gerichtete magnetische Kraft ergibt. Diese magnetische Kraft wirkt der Lagerkraft des fluiddynamischen Axiallagers 28 entgegen und erzeugt eine axiale Vorspannung des Lagersystems, welches das Lager in axialer Richtung im Gleichgewicht hält.
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Zwischen dem radialen verlaufenen Abschnitt des Dichtungsspalts 34 und der ersten Aussparung der Lagerbuchse 14 am Außenumfang des Stopperrings 18a ist ein mit Lagerfluid gefüllter Rezirkulationskanal 44 angeordnet, der diese beiden mit Lagerfluid gefüllten Bereiche des Lagers miteinander verbindet. Der Rezirkulationskanal 44 ist in der Lagerbuchse 14 angeordnet und verläuft im Wesentlichen parallel oder in einem kleinen Winkel geneigt zur Rotationsachse 30.
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Die Aussparung, die den Freiraum 16 zwischen der Haltebuchse 12 und der Lagerbuchse 14 bildet, ist im Wesentlichen auf derselben axialen Höhe angeordnet, wie der Statorkern 42a. Der Freiraum 16 überlappt axial mit dem Statorkern 42a und der Abdeckkappe 32, derer Rand sich in den Freiraum 16 hinein erstreckt. Der axial verlaufende Teil des Dichtungsspalts 34 überlappt in axialer Richtung ebenfalls mit dem Statorkern 42a und dem Freiraum 16.
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2 zeigt eine abgewandelte Ausgestaltung der Erfindung, bei der die Haltebuchse und die Lagerbuchse als ein gemeinsames Bauteil ausgebildet sind, das im Folgenden als erweiterte Lagerbuchse 114 bezeichnet wird. Diese Ausgestaltung der Erfindung unterscheidet sich nur wenig von 1. In 2 sind gleiche Bauteile mit denselben Bezugszeichen wie in 1 bezeichnet.
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Die Formgebung der erweiterten Lagerbuchse 114 kann mit der Formgebung der der miteinander verbundenen Bauteile 12 und 14 von 1 identisch sein. In der Praxis kann die Formgebung der erweiterten Lagerbuchse 114 jedoch von der Formgebung der verbundenen Bauteile 12 und 14 von 1 abweichen, da dies fertigungstechnisch von Vorteil ist.
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Insbesondere kann der obere, zweite Absatz am Außenumfang der erweiterten Lagerbuchse 114, an welchem die Statoranordnung 42 befestigt ist, im Vergleich zu 1 in axialer Richtung sehr viel kürzer ausgebildet sein. Im Bereich des zweiten Absatzes ist eine Nut 148 gebildet, in welche der untere Rand der Abdeckkappe 32 hineinreicht. Die Nut 148 wird dann mit Klebstoff gefüllt, so dass die Abdeckkappe 32 an ihrem unteren Rand luftdicht mit der erweiterten Lagerbuchse 114 verbunden ist.
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Die Nut 148, die in die erweiterte Lagerbuchse 114 eingebracht ist, ist auf derselben axialen Höhe angeordnet, wie der Statorkern 42a. Der Statorkern 42a überlappt axial mit der Nut 148 und dem Rand der Abdeckkappe 32, deren unterer Rand sich in die Nut 148 hinein erstreckt. Der axial verlaufende Teil des Dichtungsspalts 34 überlappt in axialer Richtung ebenfalls mit dem Statorkern 42a.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Gehäuseunterteil
- 12
- Haltebuchse
- 12a
- Klebetasche
- 14
- Lagerbuchse
- 16
- Freiraum
- 18
- Welle
- 18a
- Stopperring
- 20
- Lagerspalt
- 22
- Abdeckplatte
- 24
- Radiallager
- 24a
- Radiallagerrillen
- 26
- Radiallager
- 26a
- Radiallagerrillen
- 28
- Axiallager
- 30
- Rotationsachse
- 32
- Abdeckkappe
- 32a
- Vorsprung
- 32b
- Bohrung
- 34
- Dichtungsspalt
- 36
- Nabe
- 36a
- Flansch
- 38
- Lüfterrad
- 40
- Rotormagnet
- 42
- Statoranordnung
- 42a
- Statorkern
- 44
- Rezirkulationskanal
- 46
- Wuchtmasse
- 114
- erweiterte Lagerbuchse
- 148
- Nut
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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