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Die Erfindung betrifft ein Blechpaket für einen Stator einer elektrischen Maschine, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
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Ein solches Blechpaket für einen Stator einer elektrischen Maschine, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, ist beispielsweise bereits der
DE 10 2009 009 819 A1 als bekannt zu entnehmen. Das Blechpaket weist eine Mehrzahl von in radialer Richtung des Blechpakets nach innen weisenden Statorzähnen zum Tragen wenigstens einer Statorwicklung auf. Ferner weist das Blechpaket an einer den Statorzähnen in radialer Richtung des Blechpakets abgewandten Außenseite vorgesehene Kühlkanäle zum Kühlen des Blechpakets auf.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Blechpaket der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass auf besonders kostengünstige Weise eine besonders hohe Leistungsfähigkeit der elektrischen Maschine realisierbar ist.
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Diese Aufgabe wird durch ein Blechpaket mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
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Um ein Blechpaket der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art derart weiterzuentwickeln, dass auf besonders kostengünstige Weise eine besonders hohe Leistungsfähigkeit der elektrischen Maschine realisiert werden kann, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass jeweilige, die jeweiligen Kühlkanäle in axialer Richtung des Blechpakets begrenzende Wandungen des Blechpakets jeweilige Vorsprünge aufweisen, welche jeweilige, sich in Umfangsrichtung des Blechpakets beidseitig, insbesondere direkt, an die jeweiligen Vorsprünge anschließende Bereiche der Wandungen in radialer Richtung nach außen hin überragen. Hierdurch bilden die Vorsprünge wenigstens ein Formschlusselement, mittels welchem das Blechpaket formschlüssig mit einem Statorträger des Stators verbindbar ist. Insbesondere kann das Blechpaket mittels des Formschlusselements in Umfangsrichtung des Blechpakets formschlüssig mit dem Statorträger verbunden werden, sodass beispielsweise das Blechpaket mittels des Formschlusselements drehfest mit dem Statorträger verbunden werden kann. Hierdurch können zusätzliche, separate Verbindungselemente vermieden werden, sodass die Teileanzahl und somit das Gewicht, die Kosten und der Bauraumbedarf besonders gering gehalten werden können. Dadurch, dass das Blechpaket mittels des Formschlusselements formschlüssig mit dem Statorträger verbunden werden kann, kann ein besonders vorteilhaftes Geräuschverhalten der elektrischen Maschine realisiert werden, wobei das Geräuschverhalten auch als NVH-Verhalten (NVH - noise vibration harshness) bezeichnet wird. Insbesondere können durch das formschlüssige Verbinden des Blechpakets mit dem Statorträger unerwünschte Relativbewegungen zwischen dem Blechpaket und dem Statorträger und somit unerwünschte Geräusche vermieden werden.
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Durch die Kühlkanäle, welche beispielsweise von einem insbesondere als Gas oder Flüssigkeit ausgebildeten Kühlmedium durchströmt werden können, kann das Blechpaket besonders effektiv und effizient gekühlt werden, sodass sich eine effektive und effiziente Kühlung der elektrischen Maschine insgesamt darstellen lässt. Durch die Kühlkanäle kann in kurzer Zeit eine besonders hohe Wärmemenge von dem Blechpaket und somit von dem Stator abtransportiert werden, sodass eine besonders hohe Leistungsfähigkeit, insbesondere eine besonders hohe Dauerleistung der elektrischen Maschine realisiert werden kann. Darüber hinaus kann ein besonders wirkungsgradgünstiger Betrieb der elektrischen Maschine realisiert werden.
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Der Erfindung liegt insbesondere die Erkenntnis zugrunde, dass an elektrische Antriebsstränge insbesondere von Kraftfahrzeugen sehr hohe Anforderungen gestellt werden, insbesondere hinsichtlich der Bereitstellung von hohen Drehmomenten, insbesondere hohen Dauerdrehmomenten, und hinsichtlich der Realisierung einer hohen Leistungsdichte, insbesondere einer hohen Dauerleistungsdichte, wobei gleichzeitig ein hoher Wirkungsgrad der elektrischen Maschine gewünscht wird. Mittels des erfindungsgemäßen Blechpakets kann insbesondere eine besonders hohe Drehmoment- und Leistungsdichte realisiert werden, da eine besonders vorteilhaft Kühlung mit einer besonders hohen Kühlleistung dargestellt werden kann. Dadurch, dass die Kühlkanäle durch das Blechpaket selbst beziehungsweise durch dessen Wandungen gebildet beziehungsweise begrenzt sind, sind die Kühlkanäle in das Blechpaket integriert, sodass eine besonders vorteilhafte Statormantelkühlung darstellbar ist. Beispielsweise zwischen jeweils zwei in axialer Richtung des Blechpakets unmittelbar beziehungsweise direkt aufeinanderfolgenden der Kühlkanäle ist wenigstens oder genau eine der Wandungen angeordnet, sodass die Wandungen an sich jeweilige Erhebungen sind, die beispielsweise einen Grundkörper des Blechpakets in radialer Richtung nach außen hin überragen. Hierdurch ist eine auch als Pin-Fin-Struktur bezeichnete Struktur geschaffen, wodurch das Blechpaket auf seiner Außenseite eine besonders große Oberfläche aufweist. Hierdurch kann ein besonders vorteilhafter Wärmeübergang von dem Blechpaket in an das Kühlmedium erfolgen, wodurch das Blechpaket und somit der Stator sowie die elektrische Maschine insgesamt besonders vorteilhaft gekühlt werden können.
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Der jeweilige Statorzahn wird auch einfach als Zahn bezeichnet und kann beispielsweise als ein Einzelzahn ausgebildet sein. Der jeweilige Statorzahn wird beispielsweise durch Stanzen, insbesondere durch Stanzen von Elektroblech, hergestellt. Beim Stanzen werden beispielsweise entweder zwei unterschiedliche Stanzwerkzeuge verwendet, um dadurch geometrisch unterschiedliche Blechsegmente herzustellen. Die unterschiedlichen Blechsegmente werden beispielsweise in axialer Richtung des Blechpakets aufeinander gestapelt, wodurch die Kühlkanäle beziehungsweise die genannte Struktur sowie das Formschlusselement gebildet werden.
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Alternativ ist es denkbar, zum Herstellen der Statorzähne ein Stanzwerkzeug zu verwenden, welches beispielsweise mit wenigstens einem radialen Schieber betrieben wird, wodurch die unterschiedlichen Blechsegmente erzeugt werden können. Beim Stanzen von unterschiedlichen Blechsegmenten kann das Stapeln der Blechsegmente beispielsweise in einer Bremse des Stanzwerkzeugs selbst oder in einem nachgelagerten Prozess erfolgen.
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Dadurch, dass die Wandung und somit das Blechpaket die Vorsprünge und somit das Formschlusselement aufweisen, ist ein Außendurchmesser des Blechpaketes gegenüber herkömmlichen Blechpaketen, welche außenumfangsseitig beispielsweise streng kreisrund ausgebildet sind, etwas vergrößert. Hierdurch reduziert sich die Druckspannung im Blechpaket beziehungsweise in einem Elektroblech, aus welchem das Blechpaket gebildet ist, wodurch die Eisenverluste reduziert werden können. Durch den Formschluss kann darüber hinaus der Pressverband reduziert werden. Dies führt zu weniger Eigenspannungen im Elektroblech und damit zu niedrigeren Verlusten und dadurch zu einer sehr großen Dauerleistungsfähigkeit und einer Steigerung des Wirkungsgrads. Durch den Umstand, dass der Pressverband reduziert werden kann, verbessert sich auch das Geräuschverhalten, da beispielsweise der Körperschall schlechter als bei herkömmlichen Blechpaketen von dem auch als Stator bezeichneten Blechpaket auf den Statorträger übertragen wird.
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Das Blechpaket ist beispielsweise aus mehreren, in axialer Richtung des Blechpakets aufeinander gestapelten Blechsegmenten gebildet, welche auch als Lagen bezeichnet werden. Die Lagen sind beispielsweise jeweilige Blechschnitt. Dabei sind die Blechsegmente, insbesondere an ihrer jeweiligen Außenseite, derart ausgestaltet, dass an der Außenseite des Blechpakets die Kühlkanäle entstehen, welche insbesondere in Umfangsrichtung des Blechpakets verlaufen können. Ferner entsteht beispielsweise das Formschlusselement, welches eine Erhebung ist oder alternativ als Nut beziehungsweise Ausnehmung ausgebildet sein kann, wobei sich das Formschlusselement in axialer Richtung des Blechpakets erstrecken kann. Hierbei kann das Blechpaket als Vollschnitt mit dem kompletten Umfang gestanzt werden. Alternativ kann das Blechpaket in Umfangsrichtung segmentiert sein, um dann pro Lage zu vollem Umfang zusammengesetzt zu werden. Ferner ist es denkbar, dass das Blechpaket als Einzelzahn segmentiert ist beziehungsweise dass der jeweilige Statorzahn als Einzelzahn ausgebildet ist. Dabei ist es denkbar, die auch als Blechlagen bezeichneten Blechsegmente in axialer Richtung zumindest im radialen Außenbereich zumindest abschnittsweise abzuwechseln oder unterschiedlich beziehungsweise verdreht anzuordnen, sodass die Kühlkanäle an der Außenseite entstehen, wobei dann beispielsweise das Formschlusselement auch zumindest nur abschnittsweise gebildet ist, oder auch durchgängig gestaltet ist. Hierdurch kann eine Kühlung kostengünstig durch die Kühlkanäle direkt im Blechpaket dargestellt werden, sodass eine besonders vorteilhafte Kühlung darstellbar ist, wobei die formschlüssige Verbindbarkeit beziehungsweise Verbindung eine vorteilhafte Befestigung des Blechpakets an dem Statorträger bei geringerer oder ohne Verpressung ermöglicht, was sich sowohl auf die mechanische Belastung als auch auf das Geräuschverhalten positiv auswirkt.
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Erfindungsgemäß ist das Formschlusselement als Erhebung beziehungsweise Vorsprung an der Außenseite ausgebildet. Alternativ dazu ist es denkbar, dass das Formschlusselement eine Ausnehmung an der Außenseite ist. Das Formschlusselement kann eine rein axiale Ausrichtung haben, sodass dann das beispielsweise auch als Stator bezeichnete Blechpaket gerade in den Statorträger eingeschoben beziehungsweise eingepresst wird. Ferner ist es denkbar, dass das Formschlusselement schräg oder windschief zur axialen Richtung verläuft oder sich bogenförmigen erstreckt beziehungsweise windet, sodass beispielsweise das Blechpaket bei seinem Einschieben beziehungsweise Einpressen in den Statorträger gedreht werden kann oder muss.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Die Zeichnung zeigt in:
- 1 eine schematische Perspektivansicht eines Blechpakets für einen Stator einer elektrischen Maschine;
- 2 eine schematische Perspektivansicht eines Statorzahns des Blechpakets gemäß 1;
- 3 eine schematische Perspektivansicht eines Statorzahns eines erfindungsgemäßen Blechpakets gemäß einer ersten Ausführungsform;
- 4 eine schematische Perspektivansicht eines Statorträgers;
- 5 eine schematische Perspektivansicht des erfindungsgemäßen Blechpakets gemäß einer zweiten Ausführungsform;
- 6 ausschnittsweise eine schematische Draufsicht des Blechpakets gemäß 5;
- 7 eine schematische Darstellung eines Verfahrens zum Herstellen des erfindungsgemäßen Blechpakets;
- 8a eine schematische Perspektivansicht des erfindungsgemäßen Blechpakets gemäß einer dritten Ausführungsform;
- 8b ausschnittsweise eine schematische Seitenansicht des Blechpakets gemäß 8a;
- 9a eine schematische Perspektivansicht des erfindungsgemäßen Blechpakets gemäß einer vierten Ausführungsform; und
- 9b ausschnittsweise eine schematische Seitenansicht des Blechpakets gemäß 9a.
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In den Fig. sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt in einer schematischen Perspektivansicht ein Blechpaket 10 für einen Stator einer elektrischen Maschine eines Kraftfahrzeugs. Wie besonders gut in Zusammenschau mit 2 erkennbar ist, weist das Blechpaket 10 eine Mehrzahl von in radialer Richtung des Blechpakets 10 nach innen weisenden Statorzähnen 12 zum Tragen wenigstens einer Statorwicklung auf. Ferner weist das Blechpaket 10 an einer den Statorzähnen 12 in radialer Richtung des Blechpakets 10 abgewandten Außenseite 14 eine Mehrzahl von Kühlkanälen 16 auf, welche beispielsweise in axialer Richtung des Blechpakets 10 aufeinander folgen beziehungsweise hintereinander angeordnet sind und dabei insbesondere durch jeweilige Wandungen 18 des Blechpakets 10 voneinander getrennt sind beziehungsweise die jeweiligen Wandungen 18 sind zwischen den jeweiligen Kühlkanälen 16 angeordnet. Wie aus 2 erkennbar ist, sind die Statorzähne 12 beispielsweise als Einzelzähne ausgebildet, sodass beispielsweise die Statorzähne 12 in Umfangsrichtung des Blechpakets 10 aufeinanderfolgend miteinander verbunden sind. Beispielsweise können die Kühlkanäle 16 von einem insbesondere als Flüssigkeit oder Gas ausgebildeten Kühlmedium durchströmt werden, wodurch das Blechpaket 10 effizient und effektiv gekühlt werden kann. Die die Kühlkanäle 16 in axialer Richtung begrenzenden Wandungen 18 sind beispielsweise Erhebungen, die in radialer Richtung nach außen von einem Grundkörper 20 des Blechpakets 10 abstehen. Somit bilden die Wandungen 18 eine auch als Pin-Fin-Struktur bezeichnete Struktur 22, durch welche an der Außenseite 14 eine besonders große Oberfläche des Blechpakets 10 gebildet werden kann. Dadurch kann ein besonders vorteilhafter Wärmeübergang von dem Blechpaket 10 an das Kühlmedium gewährleistet werden. Ferner ist es denkbar, dass die Kühlkanäle 16 jeweilige Teile oder Teilkanäle eines den Kühlkanälen 16 gemeinsamen Gesamtkühlkanals sind, sodass der Gesamtkühlkanal die Teile beziehungsweise die Kühlkanäle 16 umfasst. Dabei sind die Teile beziehungsweise die Kühlkanäle 16 fluidisch miteinander verbunden, sodass das Kühlmedium beispielsweise durch den Gesamtkühlkanal strömen kann. Dabei weist beispielsweise der jeweilige Statorzahn 12 wenigstens einen Steg 24 auf, mittels welchem der Gesamtkühlkanal beziehungsweise der jeweilige Kühlkanal 16 in axialer Richtung abgedichtet werden kann.
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3 zeigt einen Statorzahn 12 einer ersten Ausführungsform eines in 5 gemäß einer zweiten Ausführungsform gezeigten und dort mit 26 bezeichneten Blechpakets für einen Stator einer elektrischen Maschine. Grundsätzlich können die vorherigen und folgenden Ausführungen zum Blechpaket 10 auch auf das Blechpaket 26 und somit auf den Statorzahn 12 gemäß 3 übertragen werden und umgekehrt.
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Um auf kostengünstige Weise eine besonders hohe Leistungsfähigkeit der elektrischen Maschine zu realisieren, weisen die jeweiligen, die jeweiligen Kühlkanäle 16 in axialer Richtung des Blechpakets 26 begrenzenden Wandungen 18 des Blechpakets 26 jeweilige Vorsprünge 28 auf, welche jeweilige, sich in Umfangsrichtung des Blechpakets 26 beidseitig an die jeweiligen Vorsprünge 28 anschließende Bereiche B der Wandungen 18 in radialer Richtung nach außen hin überragen. Hierdurch bilden die Vorsprünge 28 ein Formschlusselement 30, welches als Ausnehmung ausgebildet sein kann, jedoch gemäß 3 als Erhebung beziehungsweise Vorsprung ausgebildet ist. Mittels des Formschlusselements 30 kann das Blechpaket 26 formschlüssig mit einem beispielsweise aus 4 erkennbaren Statorträger 32 des Stators verbunden werden.
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Wie zuvor angedeutet sind die Wandungen 18 in axialer Richtung des Blechpakets 26 aufeinanderfolgend beziehungsweise hintereinander angeordnet und dabei voneinander beabstandet, sodass zwischen zwei in axialer Richtung des Blechpakets 26 unmittelbar aufeinanderfolgenden der Wandungen 18 eine Vertiefung angeordnet ist, welche in radialer Richtung nach innen hin durch den zuvor genannten Grundkörper des Blechpakets 26 begrenzt ist. Die jeweilige Vertiefung bildet den jeweiligen Kühlkanal 16 beziehungsweise den jeweiligen, zuvor genannten Teil. Dabei steht die jeweilige Wandung 18 in radialer Richtung nach außen hin von dem Grundkörper ab. Die jeweiligen Vorsprünge 28 und somit das Formschlusselement 30 sind beispielsweise mittels einer Unrundbearbeitung hergestellt.
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Da beispielsweise jeder Statorzahn 12 ein beziehungsweise das Formschlusselement 30 aufweist, weist das Blechpaket 26 insgesamt mehrere Formschlusselemente 30 auf, welche in Umfangsrichtung des Blechpakets 26 aufeinanderfolgend und voneinander beabstandet angeordnet sind. Dabei weist - wie besonders gut aus 4 erkennbar ist - der Statorträger 32 mit den Formschlusselementen 30 korrespondierende weitere Formschlusselemente 34 auf, welche beispielsweise als Erhebungen oder aber als Ausnehmungen ausgebildet sind. Da gemäß der in 3 veranschaulichten ersten Ausführungsform das Formschlusselement 30 als Erhebung beziehungsweise Vorsprung ausgebildet ist, kann das Blechpaket 26 mit dem Statorträger 32 derart formschlüssig verbunden werden, dass die Formschlusselemente 30 in den korrespondierenden Formschlusselementen 34 angeordnet werden. Somit greifen die Formschlusselemente 30 in die korrespondierenden Formschlusselementen 34 des Statorträgers 32 ein. Dadurch wirkt das Blechpaket 26 formschlüssig mit dem Statorträger 32 zusammen, beispielsweise in Umfangsrichtung des Blechpakets 26. Dadurch ist beispielsweise das Blechpaket 26 in Umfangsrichtung des Blechpakets 26 formschlüssig mit dem Statorträger 32 verbunden, sodass der Statorträger 32 drehfest mit dem Blechpaket 26 verbunden ist. Da das Formschlusselement 30 beispielsweise durch eine Unrundbearbeitung, insbesondere durch Unrunddrehen hergestellt ist, wird das jeweilige Formschlusselement 30 auch als Unrundformschluss bezeichnet.
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5 und 6 veranschaulichen eine zweite Ausführungsform des Blechpakets 26. Besonders gut ist der Unrundformschluss erkennbar, welcher an der Außenseite 14 und somit an einem Außendurchmesser des Blechpakets 26 angeordnet beziehungsweise vorgesehen ist.
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7 zeigt eine schematische Darstellung eines Verfahrens zum Herstellen des Blechpakets 26. Besonders gut aus 7 ist beispielsweise erkennbar, dass das Blechpaket 26 mehrere Blechsegmente aufweist, welche separat voneinander ausgebildet und in axialer Richtung des Blechpakets 26 aufeinander gestapelt und miteinander verbunden sind. Die Blechsegmente sind dabei beispielsweise als Ringe ausgebildet, sodass das Blechpaket 26 zwar in seiner axialen Richtung, nicht jedoch in seiner Umfangsrichtung segmentiert ist. Ferner ist eine Segmentierung des Blechpakets 26 in Umfangsrichtung denkbar, wobei bei einer solchen Segmentierung des Blechpakets 26 in Umfangsrichtung jeweilige, voneinander separat ausgebildete Blechsegmente sich in Umfangsrichtung des Blechpakets 26 aneinander anschließen und miteinander verbunden sind.
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Bei dem in 7 veranschaulichten Ausführungsbeispiel sind beispielsweise die in axialer Richtung des Blechpakets 26 aufeinanderfolgenden Blechsegmente baugleich beziehungsweise identisch ausgebildet und dabei in Umfangsrichtung des Blechpakets 26 beispielsweise um einen jeweiligen Verdrehwinkel φ verdreht zueinander angeordnet, wodurch trotz der Verwendung der gleichen beziehungsweise identischen Blechsegmente die Kühlkanäle 16 beziehungsweise der Gesamtkühlkanal sowie die Formschlusselemente 30 gebildet werden können. Die Blechsegmente werden auch als Einzellamellen bezeichnet. Beim Stapeln der Einzellamellen werden diese zueinander verdreht. In der Folge kann beispielsweise der Gesamtkühlkanal als ein Helixkanal, insbesondere als ein Doppelhelixkanal ausgebildet werden, sodass sich beispielsweise der Gesamtkühlkanal um eine gedachte außenumfangsseitige Mantelfläche des Blechpakets 26 zumindest im Wesentlichen helixartig beziehungsweise helixförmig windet. In 7 sind die Blechsegmente, welche in axialer Richtung des Blechpakets 26 aufeinandergestapelt werden, mit 36 bezeichnet.
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8a, b veranschaulichen eine dritte Ausführungsform des Blechpakets 26. Bei der dritten Ausführungsform ist das jeweilige Formschlusselement 30 als gerader Unrundformschluss ausgebildet, was in 8b durch eine dort gezeigte Linie 38 veranschaulicht ist. Unter einem solchen geraden Unrundformschluss ist zu verstehen, dass sich der Unrundformschluss parallel zur axialen Richtung des Blechpakets 26, das heißt streng oder rein in axialer Richtung des Blechpakets 26 erstreckt.
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Schließlich zeigen 9a, b eine vierte Ausführungsform des Blechpakets 26. Bei der vierten Ausführungsform ist das jeweilige Formschlusselement 30 als gedrallter Unrundformschluss ausgebildet, welcher beispielsweise schräg oder windschief zur axialen Richtung verläuft. Der gedrallte Unrundformschluss kann dabei einen linienförmigen Verlauf oder aber einen bogenförmigen Verlauf aufweisen und sich somit beispielsweise bogenförmig erstrecken, was beispielsweise in 9b durch eine dort gezeigte Linie 40 veranschaulicht ist.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Blechpaket
- 12
- Statorzahn
- 14
- Außenseite
- 16
- Kühlkanäle
- 18
- Wandung
- 20
- Grundkörper
- 22
- Struktur
- 24
- Steg
- 26
- Blechpaket
- 28
- Vorsprung
- 30
- Formschlusselement
- 32
- Statorträger
- 34
- weiteres Formschlusselement
- 36
- Blechsegment
- 38
- Linie
- 40
- Linie
- B
- Bereich
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102009009819 A1 [0002]
