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Stand der Technik
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen elektronisch kommutierten Motor mit einem Stator, der eine Mehrzahl von Einzelspulen aufweist, die über ein Verschaltungselement zu einer Motorwicklung verschaltet sind.
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Aus dem Stand der Technik ist ein derartiger elektronisch kommutierter Motor mit einem Stator bekannt, der eine Mehrzahl von Einzelspulen aufweist. Die Einzelspulen sind dabei über ein Verschaltungselement zu einer Motorwicklung verschaltet. Das Verschaltungselement weist dabei mehrere Leiterbleche auf, die zusammengeschaltet werden, damit die Einzelspulen die Motorwicklung ausbilden können.
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Offenbarung der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung stellt einen elektronisch kommutierten Motor mit einem Stator bereit, der eine Mehrzahl von Einzelspulen aufweist, die über ein Verschaltungselement zu einer Motorwicklung verschaltet sind. Das Verschaltungselement ist nach Art einer Leiterplatte ausgebildet und weist Leiterbahnen auf, die die Einzelspulen miteinander verschalten, wobei die Leiterbahnen mit zugeordneten Einzelspulen verschweißt sind.
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Die Erfindung ermöglicht somit die Bereitstellung eines elektronisch kommutierten Motors, der durch das als Leiterplatte ausgebildete Verschaltungselement kompakt und mit reduzierter axialer Baulänge ausgebildet werden kann. Des Weiteren weist der erfindungsgemäße elektronisch kommutierte Motor eine reduzierte Anzahl an Einzelteilen auf, wobei durch das Verschaltungselement eine einfache Motorenfertigung ermöglicht werden kann. Darüber hinaus kann das Verschaltungselement einfach und unkompliziert an eine gewünschte Verschaltung bzw. eine Motor-Topologie angepasst werden, wofür lediglich das Verschaltungselement ausgetauscht werden muss.
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Das Verschaltungselement ist vorzugsweise nach Art einer Mehrlagenplatine mit zumindest einer ersten und zweiten Lage ausgebildet. Somit kann ein robustes und stabiles Verschaltungselement bereitgestellt werden.
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Gemäß einer Ausführungsform sind die zugeordneten Einzelspulen mit den Leiterbahnen über eine Laserschweißverbindung und/oder eine Widerstandsschweißverbindung verbunden. Somit kann eine sichere und zuverlässige Verbindung der Einzelspulen mit den Leiterbahnen ermöglicht werden.
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Vorzugsweise sind die Leiterbahnen mit Kontaktierungselementen versehen, die mit den zugeordneten Einzelspulen verschweißt sind, wobei die Kontaktierungselemente auf den Leiterbahnen angeordnet, insbesondere angelötet, sind. Somit kann auf einfache Art und Weise eine Verbindung der Leiterbahnen mit den Einzelspulen über die Kontaktierungselemente ermöglicht werden, wobei die Kontaktierungselemente robust und stabil mit den Leiterbahnen verbunden sind.
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Die Kontaktierungselemente sind vorzugsweise nach Art von SMD-Bauteilen, insbesondere Kupferplatten, ausgebildet. Somit können einfache und unkomplizierte Kontaktierungselemente bereitgestellt werden.
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Das Verschaltungselement ist bevorzugt austauschbar ausgebildet, sodass für unterschiedliche Verschaltungsvarianten der Einzelspulen jeweils ein zugeordnetes Verschaltungselement verwendbar ist. Somit kann leicht und schnell eine Änderung der Verschaltung der Einzelspulen ermöglicht werden.
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Gemäß einer Ausführungsform ist das Verschaltungselement dazu ausgebildet, die Einzelspulen als Stern- und/oder Dreiecksschaltung zu verschalten. Somit kann eine anwendungsspezifische Ausgestaltung des Verschaltungselements ermöglicht werden.
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Vorzugsweise ist dem Verschaltungselement eine Steuer- und/oder Leistungselektronik zugeordnet. Somit kann auf einfache Art und Weise eine Steuer- und/oder Leistungselektronik bereitgestellt werden.
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Bevorzugt ist die Steuer- und/oder Leistungselektronik auf der Leiterplatte angeordnet. Somit kann eine kompakte Motorelektronik bereitgestellt werden.
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Darüber hinaus stellt die vorliegende Erfindung ein Verschaltungselement für einen elektronisch kommutierten Motor mit einem Stator bereit, der eine Mehrzahl von Einzelspulen aufweist, die über das Verschaltungselement zu einer Motorwicklung verschaltbar sind. Das Verschaltungselement ist nach Art einer Leiterplatte ausgebildet und weist Leiterbahnen zur Verschaltung der Einzelspulen auf, wobei die Leiterbahnen mit zugeordneten Einzelspulen verschweißbar sind.
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Figurenliste
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Die Erfindung ist anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
- 1 eine perspektivische Ansicht eines elektronisch kommutierten Motors mit einem Verschaltungselement,
- 2 eine perspektivische Ansicht des Verschaltungselements von 1,
- 3 eine perspektivische Ansicht eines Verschaltungselements gemäß einer weiteren Ausführungsform,
- 4a eine Frontansicht einer dem Verschaltungselement von 3 zugeordneten, beispielhaften ersten Lage,
- 4b eine Frontansicht einer dem Verschaltungselement von 3 zugeordneten, beispielhaften zweiten Lage,
- 4c eine Frontansicht einer dem Verschaltungselement von 3 zugeordneten, beispielhaften dritten Lage,
- 4d eine Frontansicht einer dem Verschaltungselement von 3 zugeordneten, beispielhaften vierten Lage,
- 5 eine Frontansicht eines Verschaltungselements gemäß einer weiteren Ausführungsform,
- 6 eine Schnittansicht des Verschaltungselements von 5 mit einer ersten Anordnung eines dem Verschaltungselement zugeordneten Kontaktierungselements, und
- 7 eine Schnittansicht des Verschaltungselements von 5 mit einer zweiten Anordnung des dem Verschaltungselement zugeordneten Kontaktierungselements.
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Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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1 zeigt einen beispielhaft als Innenläufermotor ausgebildeten, elektronisch kommutierten Motor 100 gemäß der vorliegenden Erfindung, mit einem Stator 160. Der Motor 100 ist bevorzugt mit einem auf einer Motorwelle 120 angeordneten Innenrotor 110 und einem segmentierten Außenstator 160 versehen, die illustrativ in einem Gehäuse 150 angeordnet sind. Gemäß einer Ausführungsform ist der segmentierte Außenstator 160 von einer Mehrzahl 170 von zumindest im Wesentlichen übereinstimmenden, vorzugsweise ringförmig angeordneten Statorsegmenten 171, 172 ausgebildet. Diese Statorsegmente 171, 172 sind vorzugsweise derart ausgebildet, dass sie ringförmig zusammenfügbar sind, wobei jeweils in Umfangsrichtung des Gehäuses 150 benachbarte Statorsegmente 171, 172 bevorzugt über eine geeignete Nut-Steg-Verbindung formschlüssig miteinander verbunden bzw. aneinander befestigt sind.
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Es wird darauf hingewiesen, dass die Darstellung von zwölf Statorsegmenten 171, 172 lediglich beispielhaften Charakter hat und nicht als Einschränkung der Erfindung zu verstehen ist, die bei einer beliebigen Anzahl von Statorsegmenten Anwendung finden kann. Ebenfalls wird darauf hingewiesen, dass die Ausbildung von Statorsegmenten 171, 172 als solche aus dem Stand der Technik hinreichend bekannt ist, sodass hier zwecks Knappheit der Beschreibung auf eine weiterführende Beschreibung der Mehrzahl 170 von Statorsegmenten verzichtet wird. Darüber hinaus wird darauf hingewiesen, dass zwecks Einfachheit und Übersichtlichkeit der Zeichnung lediglich zwei Statorsegmente der Mehrzahl 170 von Statorsegmenten repräsentativ mit den Bezugszeichen 171, 172 gekennzeichnet sind. Diese Statorsegmente 171, 172 werden nachfolgend repräsentativ für die Mehrzahl 170 von Statorsegmenten beschrieben.
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Vorzugsweise sind den Statorsegmenten 171, 172 Isolierkörper zugeordnet, die auf entsprechenden Statorsegmentkernen angeordnet sind und an denen eine dem jeweiligen Statorsegment 171, 172 zugeordnete Einzelspule 185, 186 angeordnet ist. Die Mehrzahl der Einzelspulen 185, 186 sind dazu ausgebildet, zu einer Motorwicklung 180 verschaltet zu werden. Diese Einzelspulen 185, 186 werden z.B. durch Flyerwickeln oder Spulenwickeln auf das jeweilige Statorsegment 171, 172 bzw. einen entsprechenden Isolierkörper aufgewickelt und sind bevorzugt gegenüber den jeweiligen Statorsegmentkernen durch den bevorzugt Kunststoff aufweisenden Isolierkörper elektrisch isoliert. Jedoch könnte der Isolierkörper auch ein beliebig anderes geeignetes, elektrisch isolierendes Material aufweisen.
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Es wird darauf hingewiesen, dass der Motor 100 lediglich beispielhaft und nicht zur Einschränkung der Erfindung als Innenläufermotor dargestellt ist. Diese kann vielmehr bei allen Motortypen mit ringförmig angeordneten, segmentierten Statoren Anwendung finden. Ein derartiger elektronisch kommutierter Motor 100 findet beispielhaft Anwendung bei elektrischen Kleinantrieben, insbesondere im automotiven Bereich, bei Scheibenwischern, Fensterhebern, Motorkühlern, Pumpen, Gebläsen usw.
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Die Mehrzahl der Einzelspulen 185, 186 sind bevorzugt über ein Verschaltungselement 200 zur Motorwicklung 180 verschaltet. Dabei ist das Verschaltungselement 200 vorzugsweise nach Art einer Leiterplatte 210 ausgebildet. Die Leiterplatte 210 weist bevorzugt einen ringförmigen Grundkörper 205 mit einer vorzugsweise zentralen Ausnehmung 209 auf. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass der Grundkörper 205 auch eine beliebig andere Form aufweisen kann, z.B. eine ovale oder eckige Form. Dabei ist die Leiterplatte 210 vorzugsweise als gedruckte Leiterplatte ausgebildet, wodurch ein Bauraumbedarf im Vergleich zu Verschaltungen mit Schweißgabeln reduziert werden kann und somit auch kleinere Motordurchmesser mit vielen Statorsegmenten ermöglicht werden können. Des Weiteren kann somit eine direkte Kontaktierung ohne Zwischenelement bzw. ohne ein separates Kontaktierungselement ermöglicht werden.
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Vorzugsweise weist das Verschaltungselement 200, bevorzugt die Leiterplatte 210, zumindest eine Leiterbahn, vorzugsweise eine Mehrzahl 260 von Leiterbahnen und illustrativ drei Leiterbahnen 261, 262, 263 auf, die die Einzelspulen 185, 186 miteinander verschalten. Bevorzugt sind die Leiterbahnen 261, 262, 263 mit den zugeordneten Einzelspulen 185, 186 verschweißt. Hierbei sind die zugeordneten Einzelspulen 185, 186 bevorzugt über eine Laserschweißverbindung und/oder eine Widerstandsschweißverbindung mit den Leiterbahnen 261, 262, 263 verbunden. Dadurch kann eine Verbindung ermöglicht werden, die robust gegenüber Vibrations- und/oder Temperaturwechselbelastungen ist.
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Bevorzugt ist das Verschaltungselement 200 an einem axialen Ende des Motors 100, bevorzugt an einem offenen Ende des Gehäuses 150, angeordnet, wobei vorzugsweise die Motorwelle 120 im Bereich der Ausnehmung 209 angeordnet ist. Zur vereinfachten Kontaktierung mit den Einzelspulen 185, 186 weist das Verschaltungselement 200 bevorzugt eine Mehrzahl 240 von Positionierausnehmungen 241, 242, 243 auf. Vorzugsweise entspricht die Mehrzahl 240 der Positionierausnehmungen 241, 242, 243 einer Anzahl von Einzelspulen 185, 186. Durch die Mehrzahl 240 von Positionierausnehmungen 241, 242, 243 kann eine sichere und zuverlässige Anordnung des Verschaltungselements 200 am Motor 100 ermöglicht werden.
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Des Weiteren ist das Verschaltungselement 200 vorzugsweise austauschbar ausgebildet, sodass für unterschiedliche Verschaltungsvarianten der Einzelspulen 185, 186 jeweils ein zugeordnetes Verschaltungselement 200 verwendbar ist. Dabei ist das Verschaltungselement 200 bevorzugt dazu ausgebildet, die Einzelspulen 185, 186 als Stern- und/oder Dreiecksschaltung zu verschalten.
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2 zeigt das als Leiterplatte 210 ausgebildete Verschaltungselement 200 von 1 und verdeutlicht den vorzugsweise ringförmigen Grundkörper 205 mit der Ausnehmung 209 und der Mehrzahl 240 von Positionierausnehmungen 241, 242, 243. Darüber hinaus verdeutlicht 2 die Anordnung der Mehrzahl 260 von Leiterbahnen 261, 262, 263, wobei die einzelnen Leiterbahnen 261, 262, 263 vorzugsweise halbkreisförmig ausgebildet sind. Jedoch können die Leiterbahnen 261, 262, 263 auch eine beliebig andere Form aufweisen.
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3 zeigt das als Leiterplatte 210 ausgebildete Verschaltungselement 200 von 2, das gemäß einer weiteren Ausführungsform mit einer Elektronik 310 versehen ist. Vorzugsweise ist die Elektronik 310 auf der Leiterplatte 210 angeordnet. Hierfür weist die Leiterplatte 210 im Gegensatz zu 2 einen illustrativ in 3 rechten Erweiterungsteil 305 auf. Gemäß einer Ausführungsform ist der Erweiterungsteil 305 in radialer Richtung des ringförmigen Grundkörpers 205 ausgebildet. Bevorzugt ist die Elektronik 310 nach Art einer Steuer- und/oder Leistungselektronik ausgebildet und weist vorzugsweise eine Mehrzahl 320 von elektronischen Bauteilen 321, 322 auf. Es wird darauf hingewiesen, dass die Steuer- und/oder Leistungselektronik auch extern zur Leiterplatte 210 angeordnet sein kann und hierbei z.B. über eine Press- und oder Formschlussverbindung am Motor 100 fixiert sein kann.
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4a bis 4d zeigen das Verschaltungselement 200 von 3, das gemäß einer Ausführungsform nach Art einer Mehrlagenplatine mit zumindest einer ersten und zweiten, illustrativ mit vier Lagen 410, 420, 430, 440 ausgebildet ist. Mehrlagenplatinen sind aus dem Stand der Technik hinreichend bekannt, sodass hier zwecks Knappheit der Beschreibung auf eine ausführliche Beschreibung der Mehrlagenplatine verzichtet wird.
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4a zeigt eine beispielhafte erste Lage 410 des als Mehrlagenplatine ausgebildeten Verschaltungselements 200 von 3. Dabei weist die erste Lage 410 an ihrem illustrativ rechten Bereich vorzugsweise beispielhaft drei Anschlüsse 402, 403, 404 auf. Vorzugsweise sind die illustrativ drei Anschlüsse 402, 403, 404 zur Ausbildung einer Verschaltung der Einzelspulen 185, 186 miteinander ausgebildet.
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4b zeigt eine beispielhafte zweite Lage 420 der Mehrlagenplatine 200 von 3. Dabei weist die zweite Lage 420 analog zur ersten Lage 410 von 4a an ihrem illustrativ rechten Bereich vorzugsweise beispielhaft drei Anschlüsse 412, 413, 414 auf. Bevorzugt sind die illustrativ drei Anschlüsse 412, 413, 414 zur Ausbildung einer Verschaltung der Einzelspulen 185, 186 miteinander ausgebildet.
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4c zeigt eine beispielhafte dritte Lage 430 der Mehrlagenplatine 200 von 3. Dabei weist die dritte Lage 430 analog zur ersten und zweiten Lage 410, 420 von 4a, 4b an ihrem illustrativ rechten Bereich vorzugsweise beispielhaft drei Anschlüsse 422, 423, 424 auf. Bevorzugt sind die illustrativ drei Anschlüsse 422, 423, 424 zur Ausbildung einer Verschaltung der Einzelspulen 185, 186 miteinander ausgebildet.
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4d zeigt eine beispielhafte vierte Lage 440 der Mehrlagenplatine 200 von 3. Dabei weist die vierte Lage 440 analog zu den Lagen 410, 420, 430 von 4a, 4b, 4c an ihrem illustrativ rechten Bereich vorzugsweise beispielhaft drei Anschlüsse 432, 433, 434 auf. Bevorzugt sind die illustrativ drei Anschlüsse 432, 433, 434 zur Ausbildung einer Verschaltung der Einzelspulen 185, 186 miteinander ausgebildet. Dabei sind die Anschlüsse 402, 403, 404; 412, 413, 414; 422, 423, 424; 432, 433, 434 der einzelnen Lagen 410, 420, 430, 440 deckungsgleich zueinander ausgebildet.
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5 zeigt das Verschaltungselement 200 von 2, das gemäß einer weiteren Ausführungsform für einen Stator mit Statorsegmenten bzw. Einzelspulen mit zwei Drahtenden ausgebildet ist und nachfolgend als Verschaltungselement 500 bezeichnet wird. Dabei weist das Verschaltungselement 500 bevorzugt eine Mehrzahl von Kontaktierungselementen 541, 542 auf, die zur Kontaktierung mit den Einzelspulen 521, 522, 523, 531, 532, 533 ausgebildet sind. Das Verschaltungselement 500 weist analog zum Verschaltungselement 200 einen ringförmigen Grundkörper 505 mit einer vorzugsweise zentralen Ausnehmung 509 auf.
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Bevorzugt sind die Leiterbahnen 261, 262, 263 in 5 nicht sichtbar, jedoch mit den Kontaktierungselementen 541, 542 versehen, die mit den zugeordneten Einzelspulen 521, 522, 523, 531, 532, 533 vorzugsweise verschweißt sind. Die Kontaktierungselemente 541, 542 sind dabei bevorzugt auf den Leiterbahnen 261, 262, 263 angeordnet, insbesondere angelötet. Hierbei sind die Kontaktierungselemente 541, 542 bevorzugt nach Art von SMD-Bauteilen (surface mounted device-Bauteilen), insbesondere von Kupferplatten, ausgebildet. Dadurch kann eine automatische Bestückung des Verschaltungselements 500 ermöglicht werden.
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Dabei können die Kontaktierungselemente 541, 542 um ein Verrutschen/Verschwimmen bei einem Reflow-Löten zu verhindern vorzugsweise über Pins, die in Ausnehmungen des Verschaltungselements 500 angeordnet werden können, fixiert werden. Des Weiteren können derartige Pins auch in Durchkontaktierungen für einen THRS-Lötvorgang (through hole reflow soldering-Lötvorgang) angeordnet werden.
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Vorzugsweise ist eine Mehrzahl 520 von ersten Einzelspulen 521, 522, 523 an einem Außenumfang des Verschaltungselements 500 mit den Kontaktierungselementen 541 verbunden und/oder eine Mehrzahl 530 von zweiten Einzelspulen 531, 532, 533 ist an einem Innenumfang des Verschaltungselements 500 mit den Kontaktierungselementen 542 verbunden.
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6 zeigt das Verschaltungselement 500 von 5 und verdeutlicht die Anordnung der Einzelspulen anhand der Einzelspule 521 am Kontaktierungselement 541. Dabei ist das Kontaktierungselement 541, wie oben beschrieben, auf einer Leiterbahn 618 angeordnet, vorzugsweise mit diesem über illustrativ zwei Lötstellen 622 verbunden. Gemäß einer Ausführungsform ist die Einzelspule 521 am Verschaltungselement 500 bzw. am Kontaktierungselement 541 liegend angeordnet. Bei einer derartigen Anordnung der Einzelspule 521 wird die Einzelspule 521 vorzugsweise über Laserschweißen am Kontaktierungselement 541 befestigt. Des Weiteren verdeutlicht 6 das vorzugsweise als Mehrlagenplatine ausgebildete Verschaltungselement 500, wobei die Leiterbahn 618 einer vorzugsweise ersten und illustrativ oberen Lage der Mehrlagenplatine über eine Verbindung 616 mit einer zweiten Leiterbahn 616 einer zweiten Lage verbunden ist.
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Das Kontaktierungselement 541 weist vorzugsweise eine Dicke von beispielhaft 1mm auf, kann jedoch auch eine beliebig andere Dicke aufweisen. Des Weiteren sind die Leiterbahn 616, 618 vorzugsweise als 105µm Leiterbahnen ausgebildet. Vorzugsweise weisen dabei die Einzelspulen 521 einen Durchmesser von 1mm auf. Es wird darauf hingewiesen, dass die beschriebenen Werte lediglich beispielhaften Charakter haben und nicht als Einschränkung der Erfindung zu sehen sind.
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7 zeigt das Verschaltungselement 500 von 5 und 6 und verdeutlicht eine weitere Anordnung der Einzelspule 521 am Kontaktierungselement 541. Gemäß einer Ausführungsform ist die Einzelspule 521 stehend am Verschaltungselement 500 bzw. am Kontaktierungselement 541 angeordnet, wobei das Kontaktierungselement 541 vorzugsweise eine rechtwinklige Form aufweist. Bei einer derartigen Anordnung der Einzelspule 521 wird die Einzelspule 521 vorzugsweise über Widerstandsschweißen am Kontaktierungselement 541 befestigt.
