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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft einen bürstenlosen Elektromotor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Montage eines erfindungsgemäßen Elektromotors.
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Ein gattungsgemäßer bürstenloser Elektromotor ist aus der Praxis bereits bekannt. Er weist einen drehbar gelagerten, Magnetelemente tragenden Rotor auf, der mit einem ortsfest in einem Gehäuse des Elektromotors angeordneten Stator zusammenwirkt. Der Stator weist mehrere Drahtwicklungen auf, die in Abhängigkeit der Drehwinkelstellung des Rotors angesteuert bzw. bestromt werden, um den Rotor anzutreiben. Weiterhin weist ein derartiger Elektromotor typischerweise an einem Abschnitt einer Welle des Rotors eine Verzahnung auf, die mit einem Getrieberad kämmt, um damit ein Abtriebselement des Elektromotors anzutreiben. Dieses Abtriebselement dient beispielsweise bei einem Scheibenwischermotor der zumindest mittelbaren Bewegung eines Scheibenwischers oder eines Wischgestänges. Bei der Montage des Rotors im Gehäuse des Elektromotors ist es vorgesehen, diesen in axialer Richtung, d.h. in Richtung der Drehachse des Rotors, in dem Gehäuse zu positionieren bzw. zu fixieren. Hierzu sind aus dem Stand der Technik bügelförmige Sicherungselemente bekannt, die in eine Ausnehmung des Gehäuses einsetzbar sind und gleichzeitig beispielsweise mit einer Lagereinrichtung des Rotors zusammenwirken, so dass die Lagereinrichtung und somit auch der Rotor im Gehäuse axial positioniert sind. Weiterhin ist es auch erforderlich, den Stator in dem Gehäuse bei der Montage zu sichern bzw. in axialer Stellung zu positionieren. Dies erfolgt beim Stand der Technik durch einen von der Positionierung bzw. Sicherung des Rotors separaten Montageschritt.
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Offenbarung der Erfindung
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Der bürstenlose Elektromotor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass durch dessen konstruktive Ausgestaltung die axiale Sicherung und Positionierung sowohl des Rotors als auch des Stators in einem einzigen, gemeinsamen Montageschritt durch ein und dasselbe Sicherungselement erfolgt. Hierzu ist es vorgesehen, dass das an sich für die Positionierung bzw. Fixierung des Rotors vorgesehene Sicherungselement zusätzlich dazu ausgebildet ist, den Stator in Richtung der Drehachse des Rotors in dem Gehäuse axial zu positionieren.
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Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen bürstenlosen Elektromotors sind in den Unteransprüchen aufgeführt. In den Rahmen der Erfindung fallen sämtliche Kombinationen aus zumindest zwei von in den Ansprüchen, der Beschreibung und/oder den Figuren offenbarten Merkmalen.
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Das Zusammenwirken des Stators mit dem Sicherungselement zur axialen Positionierung des Stators erfolgt bevorzugt durch einen Positionierabschnitt, der mit dem Sicherungselement zusammenwirkt. Hierbei ist es insbesondere vorgesehen, dass der Positionierabschnitt mittels einer Formschlussverbindung mit dem Sicherungselement zusammenwirkt. Eine derartige Ausgestaltung ermöglicht es insbesondere auch, auf zusätzliche Elemente bzw. Bauteile zu verzichten, die das Sicherungselement mit dem Positionierabschnitt verbinden.
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Üblicherweise ist die Anordnung des Sicherungselements zur axialen Positionierung bzw. Sicherung des Rotors konstruktiv bedingt vorgegeben.
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Um diesbezüglich keine Änderung des Einbauorts des Sicherungselements vornehmen zu müssen, und andererseits auch die Anordnung des Stators zum Rotor nicht verändern zu müssen, ist es darüber hinaus in einer bevorzugten konstruktiven Ausgestaltung vorgesehen, dass der Positionierabschnitt einen Drahtwicklungen aufweisenden Spulenbereich des Stators in Richtung einer Längsachse des Stators in Richtung zum Sicherungselement hin axial überragt.
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In wiederum bevorzugter konstruktiver Ausgestaltung des Elektromotors, die hinsichtlich des Montageprozesses optimiert ist, wird vorgeschlagen, dass der Stator in einem Motorgehäuse angeordnet ist, dass das Motorgehäuse an einer ersten Stirnseite mit einer zweiten Stirnseite eines Getriebegehäuses verbindbar ist, wobei das Motorgehäuse zusammen mit dem Getriebegehäuse das Gehäuse des Elektromotors ausbildet, dass das Getriebegehäuse eine Aussparung aufweist, in die der Positionierabschnitt in Richtung der Drehachse des Rotors axial einführbar ist, und dass die Aussparung bis in den Bereich einer Ausnehmung zur Aufnahme des Sicherungselements reicht. Eine derartige Ausgestaltung ermöglicht es, beim Fügen der Bauteile des Elektromotors den Stator mit seinem Positionierabschnitt in die Aussparung des Getriebegehäuses einzuführen, bis der Positionierabschnitt im axialen Überdeckungsbereich mit dem Sicherungselement angeordnet ist.
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Eine insbesondere manuell besonders einfach vornehmbare Montage des Sicherungselements sieht vor, dass dieses in einer senkrecht zur Drehachse des Rotors verlaufenden Richtung in die Ausnehmung einführbar ist. Eine derartige Ausgestaltung hat darüber hinaus den Vorteil, dass beispielsweise durch eine das Getriebegehäuse im Bereich der Ausnehmung für das Sicherungselement überspannenden Abdeckung die Abdeckung das Sicherungselement in seiner Position hält bzw. fixiert, so dass auch für das Sicherungselement keine zusätzlichen Befestigungselemente in Form von separaten Bauteilen erforderlich sind.
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In konstruktiv bevorzugter Ausgestaltung des Positionierabschnitts und des mit dem Positionierabschnitt zusammenwirkenden Sicherungselements ist es vorgesehen, dass der Positionierabschnitt des Stators eine Nut aufweist, in die ein Vorsprung des Sicherungselements eingreift.
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Zur Erfüllung der Doppelfunktion des Sicherungselements hinsichtlich der Positionierung bzw. Fixierung sowohl des Rotors als auch des Stators ist es in einer geometrisch vorteilhaften Ausgestaltung des Sicherungselements vorgesehen, dass dieses in einer senkrecht zur Drehachse des Rotors verlaufenden Ebene U-förmig mit einem Ausschnitt zur Aufnahme einer Welle des Rotors ausgebildet ist und einen Arretierabschnitt zum Zusammenwirken mit dem Positionierabschnitt aufweist.
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Der Positionierabschnitt ist insbesondere an einem Fortsatz des Stators ausgebildet, wobei der Fortsatz sich parallel zur Längsachse des Stators erstreckt, und wobei das Sicherungselement einen Vorsprung aufweist, der den Arretierungsabschnitt trägt.
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Ganz besonders bevorzugt ist es, wenn der Stator zusammen mit dem Fortsatz ein monolithisch ausgebildetes Spritzgussteil ausbilden. Dadurch ergibt sich eine besonders kostengünstige, keinen zusätzlichen Montageaufwand erfordernde Möglichkeit der Fertigung sowohl des Stators als auch des Fortsatzes.
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Das Sicherungselement dient, wie an sich aus dem Stand der Technik bekannt, der axialen Positionierung des Rotors in dem Gehäuse des Elektromotors. Dabei wird mittels des Sicherungselements auf eine Lagereinrichtung des Rotors, welche in Axialrichtung mit der Welle des Rotors fest verbunden ist, eine Axialkraft ausgeübt, die die Lagereinrichtung und somit den Rotor in eine definierte Richtung des Gehäuses kraftbeaufschlagt. Zur Aufbringung einer derartigen Axial- bzw. Vorspannkraft auf das Lagerelement ist es von Vorteil, wenn das Sicherungselement aus Federblech besteht und als Stanz-/Biegeteil ausgebildet ist. Durch die Ausbildung als Federblech lässt sich dieses beispielsweise gewölbt ausbilden, so dass durch seine Form und das Einbringen des Sicherungselements in eine Aufnahme des Gehäuses das Sicherungselement mit axialer Vorspannkraft auf die Lagereinrichtung einwirken kann.
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Der Stator weist, wie an sich bekannt, Drahtwicklungen auf, die bestromt werden müssen, um den Rotor anzutreiben. Eine weitere konstruktiv bevorzugte Ausgestaltung mit Blick auf die mögliche Kontaktierung der Drahtwicklungen sieht vor, dass der Fortsatz Anschlüsse zur elektrischen Kontaktierung von im Stator befindlichen elektrischen Spulen (Drahtwicklungen) aufweist. Eine derartige Ausgestaltung ermöglicht es darüber hinaus, den Ort der elektrischen Kontaktierung der Spulen bzw. Drahtwicklungen über den Fortsatz in einen von dem eigentlichen Stator bzw. Drahtwicklungen beabstandeten Bereich anzuordnen.
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Ein soweit beschriebener erfindungsgemäßer Elektromotor ist in einer bevorzugten Anwendung Bestandteil eines Wischermotors, der zumindest mittelbar zum Antreiben eines Scheibenwischers dient.
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Weiterhin umfasst die Erfindung auch ein Verfahren zur Montage eines soweit beschriebenen erfindungsgemäßen Elektromotors. Diese Montage umfasst zumindest folgende Schritte: Zunächst erfolgt eine Montage des Stators und des Rotors in dem Motorgehäuse des Elektromotors. Anschließend erfolgt ein axiales Fügen des Motorgehäuses und des Getriebegehäuses, wobei ein Teilbereich des Rotors und der Positionierabschnitt des Stators in das Getriebegehäuse hineinragen. Zuletzt erfolgt eine Montage des Sicherungselements, wobei der Rotor und der Positionierabschnitt axial zu dem Motorgehäuse und dem Getriebegehäuse positioniert werden.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung.
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Diese zeigt in:
- 1 die wesentlichen Bestandteile eines erfindungsgemäßen bürstenlosen Elektromotors in teilweise geschnitten dargestellter Explosionsdarstellung,
- 2 eine teilweise geschnittene Darstellung des montierten Elektromotors gemäß der 1,
- 3 ein Detail der 2 im Bereich eines Sicherungselements in Draufsicht,
- 4 den Bereich gemäß 3 in einer perspektivischen Darstellung,
- 5 eine perspektivische Darstellung auf den Elektromotor gemäß den 1 und 2 zur Erläuterung des Montagevorgangs eines Sicherungselements,
- 6 einen Teilquerschnitt im Bereich des Sicherungselements des Elektromotors und
- 7 einen Querschnitt durch den Elektromotor im Bereich des Sicherungselements mit wesentlichen Bauteilen.
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Gleiche Elemente bzw. Elemente mit gleicher Funktion sind in den Figuren mit den gleichen Bezugsziffern versehen.
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In den Figuren ist ein bürstenloser Elektromotor 10 dargestellt, der als Wischermotor 100 zum zumindest mittelbaren Antreiben bzw. Bewegen wenigstens eines in den Figuren nicht dargestellten Scheibenwischers in einem Fahrzeug dient. Der Elektromotor 10 weist ein Gehäuse 12 auf, das aus einem insbesondere aus Kunststoff bestehenden, typischerweise mehrteilig ausgebildeten Getriebegehäuse 14 und einem an das Getriebegehäuse 14 anflanschbaren, insbesondere topfförmig und in den Figuren geschnitten dargestellten Motorgehäuse 16 besteht. Die Verbindung zwischen dem Getriebegehäuse 14 und dem Motorgehäuse 16 erfolgt im Bereich zweier gegenüberliegender Stirnseiten 17, 18 des Getriebegehäuses 14 bzw. des Motorgehäuses 16 im Bereich von flanschartigen Abschnitten beispielsweise durch Befestigungselemente wie Befestigungsschrauben (nicht dargestellt) oder durch eine Rastverbindung.
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Innerhalb des Getriebegehäuses 14 ist ein im Ausführungsbeispiel einstufig ausgebildetes Getriebe 20 mit einem Getrieberad 21 angeordnet. Das in einer Achse in dem Getriebegehäuse 14 drehbar gelagerte Getrieberad 21 wirkt auf ein Abtriebselement 22 (7) in Form einer Abtriebswelle, die beispielsweise unmittelbar mit einem Scheibenwischer oder aber mit einem Wischgestänge zusammenwirkt. Das Getrieberad 21 weist an seinem Außenumfang eine Verzahnung 23 in Form einer Schrägverzahnung auf, die mit einer an einem Abschnitt einer Welle 24 eines Rotors 25 ausgebildeten Schneckenverzahnung 26 kämmt.
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Der Rotor 25 ist innerhalb des Gehäuses 12 beispielhaft mittels zweier Lagereinrichtungen 28, 30 drehbar gelagert, wobei die beiden Lagereinrichtungen 28, 30 auf der Welle 24 des Rotors 25 in Richtung der Drehachse 31 des Rotors 25 ortsfest angeordnet sind. Der Rotor 25 weist darüber hinaus, wie an sich aus dem Stand der Technik bekannt, an seinem Außenumfang erste Magnetelemente 32 (5) zum Zusammenwirken mit einem Stator 40 und zweite Magnetelemente 34 als Bestandteil eines Hall-Sensors zur Detektion der Drehwinkellage des Rotors 25 auf, wobei die Magnetelemente 32, 34 in Bezug zur Drehachse 31 des Rotors 25 axial voneinander beabstandet angeordnet sind bzw. aneinander anschließen (5).
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Der Rotor 25 ist koaxial zur Drehachse 31 von dem ortsfest in dem Gehäuse 12 angeordneten Stator 40 umgeben. Der Stator 40 weist ein aus Kunststoff im Spritzgussverfahren hergestelltes Trägerelement 42 auf, das dazu ausgebildet ist, in Umfangsrichtung um eine Längsachse 43 des Trägerelements 42, welche mit der Drehachse 31 fluchtet, mehrere Drahtwicklungen 44 zur Ausbildung von Spulen aufzunehmen. Das Trägerelement 42 ist darüber hinaus in einem zentralen Bereich von einem aus ferromagnetischen Material bestehenden Rückschlussring 46 umfasst.
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Im Einbauzustand des Stators 40 in dem Gehäuse 12 wirken die Drahtwicklungen 44 mit den ersten Magnetelementen 32 des Rotors 25 zusammen, wobei die ersten Magnetelemente 32 insbesondere mittig in Bezug auf die axiale Erstreckung der Drahtwicklungen 44 in Richtung der Längsachse 43 angeordnet sind. Weiterhin weist das Trägerelement 42 einen axial den Bereich der Drahtwicklungen 44 in Richtung zum Getriebegehäuse 14 überragenden Fortsatz 48 auf, der monolithisch an dem Trägerelement 42 angeformt ist. Der Fortsatz 48 erstreckt sich im Wesentlichen parallel zur Längsachse 43 des Trägerelements 42 und weist auf der der Längsachse 43 zugewandten Seite einen Positionierabschnitt 50 mit einer senkrecht zur Längsachse 43 angeordneten Nut 52 auf (4). Weiterhin sind im Bereich des Fortsatzes 48, wie am besten anhand der 3 und 4 erkennbar ist, beispielhaft drei elektrische Anschlüsse in Form von Kontaktelementen 53 bis 55 aus Federblechen angeordnet, die elektrisch mit den Drahtwicklungen 44 verbunden sind. Über die Kontaktelemente 53 bis 55 kann eine Bestromung bzw. Kontaktierung der Drahtwicklungen 44 durch nicht dargestellte Gegenelemente, beispielsweise in Form von Steckern erfolgen, die mit den Kontaktelementen 53 bis 55 zusammenwirken. Hierbei kann es beispielsweise vorgesehen sein, dass die Kontaktierung der Kontaktelemente 53 bis 55 über ein zusätzliches Deckelelement des Getriebegehäuses 14 erfolgt, welches die Gegenkontakte trägt und welches beim Verbinden mit dem Getriebegehäuse 14 automatisch in Wirkverbindung mit den Kontaktelementen 53 bis 55 gelangt.
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Wie am besten anhand der 2 erkennbar ist, ragt der Fortsatz 48 axial in das Getriebegehäuse 14 hinein. Hierzu weist das Getriebegehäuse 14 eine Ausnehmung 58 (6, 7) auf, die beim axialen Fügen zwischen dem Stator 40 bzw. das den Stator 40 aufnehmenden Motorgehäuse 16 und dem Getriebegehäuse 14 den Fortsatz 48 mit Freiraum umgibt. In dem in der 2 dargestellten, gefügten Zustand zwischen dem Stator 40 und dem Getriebegehäuse 14 ist der Fortsatz 48 mit dem Bereich der Nut 52 und den Kontaktelementen 53 bis 55 im Bereich einer zusätzlichen Ausnehmung 60 des Getriebegehäuses 14 angeordnet.
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Der Positionierabschnitt 50 bzw. die Nut 52 wirken mit einem aus Federblech bestehenden Sicherungselement 62 zusammen. Das Sicherungselement 62 weist, wie insbesondere anhand einer Zusammenschau der 1 und 6 erkennbar ist, eine U-förmige Aussparung 64 zur Aufnahme der Welle 24 auf. Das Sicherungselement 62 wirkt mit einer Stirnseite 65 mit einer ihr zugewandten Stirnfläche der einen Lagereinrichtung 28 zusammenzuwirken, und mit ihrer anderen Stirnseite 66 mit einer im Bereich der weiteren Ausnehmung 60 im Getriebegehäuse 14 ausgebildeten, einen Axialanschlag ausbildenden Wand 68 (3, 5). Das Sicherungselement 62, welches als Stanz-/Biegeteil ausgebildet ist, ist vorzugsweise etwas gewölbt bzw. gebogen ausgebildet, so dass beim axialen Einführen des Sicherungselements 62 in Richtung der senkrecht zur Drehachse 31 des Rotors 25 verlaufenden Montagerichtung 70 (6) die beiden Stirnseiten 65, 66 des Sicherungselements 62 auf die Lagereinrichtung 28 und somit auf den Rotor 25 eine Axialkraft in Richtung der Drehachse 31 ausüben, die den Rotor 25 in Bezug zum Gehäuse 12 in einer axialen Soll-Position positionieren. Weiterhin weist das Sicherungselement 62, wie besonders gut anhand der 6 erkennbar ist, in Richtung zum Fortsatz 48 hin einen Vorsprung 72 mit einem Arretierungsabschnitt 74 auf. Der Arretierungsabschnitt 74 ist dazu ausgebildet, bei der Montage des Sicherungselements 62 an dem Rotor 25 gleichzeitig eine Formschlussverbindung 76 mit der Nut 52 am Positionierabschnitt 50 auszubilden.
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Wenn die Nut 52, wie anhand der 6 erkennbar ist, nicht über die gesamte Erstreckung des Fortsatzes 48 verläuft, sondern einen Absatz 78 aufweist, so wird bei der Anlage des Arretierungsabschnitts 74 an dem Absatz 78 ein erster Anschlag 79 ausgebildet, der zusammen mit einem zweiten Anschlag 80, der zwischen dem Fortsatz 48 und einem Bodenbereich 82 der weiteren Ausnehmung 60 ausgebildet ist, entsprechend der Pfeile 83, 84 eine Arretierung des Fortsatzes 48 und somit des Stators 40 nicht nur in Richtung der Drehachse 31 bewirkt, sondern auch eine drehwinkelfeste Anordnung des Stators 40 zum Gehäuse 12.
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Zur Montage des Elektromotors 10 wird der Stator 40 und der Rotor 25 in dem Motorgehäuse 16 montiert, wobei der Stator 40 zumindest mit dem Bereich seines Fortsatzes 48 und der Rotor 25 bereichsweise aus dem Motorgehäuse 16 herausragen. Anschließend erfolgt ein axiales Fügen des Motorgehäuses 16 und des Getriebegehäuses 14, so dass die aus dem Motorgehäuse 16 herausragenden Bauteile des Stators 40 und des Rotors 25 in den Bereich des Getriebegehäuses 14 gelangen. Wenn das axiale Fügen zwischen dem Getriebegehäuse 14 und dem Motorgehäuse 16 abgeschlossen ist, erfolgt (ggf. nach einem Befestigen des Motorgehäuses 16 am Getriebegehäuse 14) das Einführen des Sicherungselements 62 in Richtung der Montagerichtung 70 in den Bereich der weiteren Ausnehmung 60, wobei gleichzeitig sowohl der Rotor 25 als auch der Stator 40 in Längsrichtung, d.h. in Richtung der Drehachse 31 bzw. der Längsachse 43 zum Gehäuse 12 positioniert werden. Anschließend erfolgen weitere Montageschritte zur Fertigstellung bzw. Komplettierung des Elektromotors 10 bzw. des Wischermotors 100.
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Der soweit beschriebene Elektromotor 10 kann in vielfältiger Art und Weise abgewandelt bzw. modifiziert werden, ohne vom Erfindungsgedanken abzuweichen.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Elektromotor
- 12
- Gehäuse
- 14
- Getriebegehäuse
- 16
- Motorgehäuse
- 17
- Stirnseite
- 18
- Stirnseite
- 20
- Getriebe
- 21
- Getrieberad
- 22
- Abtriebselement
- 23
- Verzahnung
- 24
- Welle
- 25
- Rotor
- 26
- Schneckenverzahnung
- 28
- Lagereinrichtung
- 30
- Lagereinrichtung
- 31
- Drehachse
- 32
- erstes Magnetelement
- 34
- zweites Magnetelement
- 40
- Stator
- 42
- Trägerelement
- 43
- Längsachse
- 44
- Drahtwicklung
- 46
- Rückschlussring
- 48
- Fortsatz
- 50
- Positionierabschnitt
- 52
- Nut
- 53
- Kontaktelement
- 54
- Kontaktelement
- 55
- Kontaktelement
- 58
- Ausnehmung
- 60
- Ausnehmung
- 62
- Sicherungselement
- 64
- Aussparung
- 65
- Stirnseite
- 66
- Stirnseite
- 68
- Wand
- 70
- Montagerichtung
- 72
- Vorsprung
- 74
- Arretierungsabschnitt
- 76
- Formschlussverbindung
- 78
- Absatz
- 79
- erster Anschlag
- 80
- zweiter Anschlag
- 82
- Bodenbereich
- 83
- Pfeil
- 84
- Pfeil
- 100
- Wischermotor
