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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kontaktschiene zur elektrischen Versorgung wenigstens einer Spulenwicklung eines Elektromotors, einen Stator und einen Elektromotor mit der Kontaktschiene sowie ein Verfahren zum Verbinden wenigstens einer Spulenwicklung eines Stators mithilfe der Kontaktschiene.
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Elektromotor-Statoren weisen in der Regel mehrere Spulenwicklungen auf, die abwechselnd mit Strom versorgt werden, um ein bewegtes Magnetfeld zu generieren.
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Hierzu werden die Spulenwicklungen nach betriebsinterner Praxis durch Stromschienen („Leadframes“) kontaktiert, die ihrerseits insbesondere über Einpresskontakte mit Leiterplatten verbunden sein können.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, Elektromotoren, insbesondere deren Aufbau, Montage, Zuverlässigkeit, Stabilität und/oder Performance, zu verbessern.
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Diese Aufgabe wird durch eine Kontaktschiene mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Ansprüche 9, 12 und 13 stellen einen Stator und einen Elektromotor mit einer oder mehreren hier beschriebenen Kontaktschienen sowie ein Verfahren zum Verbinden einer oder mehrerer Spulenwicklungen eines Stators mithilfe einer hier beschriebenen Kontaktschiene unter Schutz. Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen.
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Nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung weisen eine oder mehrere Kontaktschienen, mithilfe der (jeweils) eine oder mehrere Spulenwicklungen eines Elektromotors elektrisch versorgt werden bzw. die hierzu vorgesehen, insbesondere eingerichtet, sind bzw. verwendet werden, (jeweils) wenigstens einen Kontaktbereich, der einen oder mehrere Drahtabschnitte der (jeweiligen) Spulenwicklung, in einer Ausführung unmittelbar bzw. direkt und/oder reib-, form- und/oder stoffschlüssig und/oder elektrisch, kontaktiert bzw. hierzu vorgesehen, insbesondere eingerichtet, ist bzw. verwendet wird, wenigstens einen Stromanschluss, insbesondere zum Anschließen der Kontaktschiene an eine Stromversorgung, und eine Gelenkanordnung auf, die ein erstes integral ausgebildetes Gelenk aufweist, welches den Kontaktbereich und den Stromanschluss miteinander verbindet. Wenn in einer Ausführung die Kontaktschiene mehrere Kontaktbereiche aufweist, wobei ein erster dieser Kontaktbereiche einen oder mehrere Drahtabschnitte einer ersten der Spulenwicklungen und eine oder mehrere weitere dieser Kontaktbereiche (jeweils) einen oder mehrere Drahtabschnitte einer weiteren der Spulenwicklungen kontaktieren bzw. hierzu vorgesehen, insbesondere eingerichtet, sind bzw. verwendet werden, insbesondere um diese phasengleich bzw. gemeinsam mit Strom zu versorgen, so ist in einer Weiterbildung dieser Ausführung die Gelenkanordnung zwischen dem Stromanschluss und wenigstens zwei dieser Kontaktbereiche, insbesondere also zwischen dem Stromanschluss und dem diesem nächsten dieser Kontaktbereiche, angeordnet.
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Durch (wenigstens) ein Gelenk können in einer Ausführung vorteilhaft Montagetoleranzen zwischen der bzw. den Spulenwicklungen bzw. kontaktierten Drahtabschnitten einerseits und einer Anbindung des Stromanschlusses andererseits wenigstens teilweise kompensiert und/oder diese beiden Bereiche mechanisch wenigstens teilweise entkoppelt bzw. eine Kraft-, insbesondere Biege- und/oder Torsionsmomentübertragung zwischen Kontaktbereich und Stromanschluss reduziert und so deren (mechanische) Belastung, insbesondere durch Spannungen und/oder Vibrationen, reduziert werden.
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Durch ein integral ausgebildetes Gelenk, das in einer Ausführung ein einteiliges Gelenk bzw. ein Gelenk ohne aufeinander gleitende Gelenkflächen bzw. ein elastisch(verformt)es Gelenk aufweist, insbesondere ist, kann die Kontaktschiene in einer Ausführung vorteilhaft kompakt(er) und/oder zuverlässiger realisiert und/oder besser montiert werden.
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In einer Ausführung weist die Gelenkanordnung ein zweites integral ausgebildetes Gelenk auf, das den Kontaktbereich und den Stromanschluss miteinander verbindet, wobei in einer Weiterbildung (wenigstens) eine Gelenkachse des ersten Gelenks und (wenigstens) eine, in einer Ausführung hierzu windschiefe, Gelenkachse des zweiten Gelenks miteinander einen von Null verschiedenen Winkel einschließen, der in einer Ausführung wenigstens 30°, insbesondere wenigstens 45°, vorzugsweise wenigstens 60° und in einer Ausführung, wenigstens im Wesentlichen, 90° beträgt.
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In einer Ausführung weist die Gelenkanordnung ein drittes integral ausgebildetes Gelenk auf, das den Kontaktbereich und den Stromanschluss miteinander verbindet, wobei in einer Weiterbildung (wenigstens) eine Gelenkachse des dritten Gelenks und die (wenigstens eine) Gelenkachse des ersten Gelenks sowie die (wenigstens eine) Gelenkachse des dritten Gelenks und die (wenigstens eine) Gelenkachse des zweiten Gelenks miteinander jeweils einen von Null verschiedenen Winkel einschließen, in einer Ausführung zueinander windschief sind, wobei in einer Ausführung der Winkel zwischen erster und dritter Gelenkachse und/oder der Winkel zwischen zweiter und dritter Gelenkachse (jeweils) wenigstens 30°, insbesondere wenigstens 45°, vorzugsweise wenigstens 60° und in einer Ausführung, wenigstens im Wesentlichen, 90° beträgt.
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Dadurch können in einer Ausführung besonders vorteilhaft Montagetoleranzen zwischen der bzw. den Spulenwicklungen bzw. kontaktierten Drahtabschnitten einerseits und einer Anbindung des Stromanschlusses andererseits wenigstens teilweise kompensiert und/oder diese beiden Bereiche mechanisch wenigstens teilweise entkoppelt bzw. eine Kraft-, insbesondere Biege- und/oder Torsionsmomentenübertragung zwischen Kontaktbereich und Stromanschluss reduziert und so deren (mechanische) Belastung, insbesondere durch Spannungen und/oder Vibrationen, reduziert werden.
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Unter einer Gelenkachse wird vorliegend insbesondere in fachüblicher Weise ein Freiheitsgrad des Gelenks bzw. eine Bewegungsmöglichkeit verstanden, in der das Gelenk einer Bewegung bzw. Verformung einen Widerstand entgegensetzt, der gegenüber Bewegungen bzw. Verformungen in anderen Richtungen reduziert ist, vorzugsweise um wenigstens 10%, insbesondere um wenigstens 25%, in einer Ausführung um wenigstens 50%.
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Das erste, zweite und/oder dritte Gelenk ist in einer Ausführung ein Schwenkgelenk, seine vorstehend genannte Gelenkachse somit (jeweils) eine (Vorzugs)Schwenkachse.
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Dadurch können in einer Ausführung besonders vorteilhaft Montagetoleranzen zwischen der bzw. den Spulenwicklungen bzw. kontaktierten Drahtabschnitten einerseits und einer Anbindung des Stromanschlusses andererseits wenigstens teilweise kompensiert und/oder diese beiden Bereiche mechanisch wenigstens teilweise entkoppelt bzw. eine Kraft-, insbesondere Biege- und/oder Torsionsmomentenübertragung zwischen Kontaktbereich und Stromanschluss reduziert und so deren (mechanische) Belastung, insbesondere durch Spannungen und/oder Vibrationen, reduziert werden.
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In einer Ausführung weist das erste, zweite und/oder dritte Gelenk, insbesondere hierzu bzw. zur Realisierung eines Schwenkgelenks, wenigstens eine lokale Biegung, insbesondere zwei oder mehr, in einer Ausführung, insbesondere aufeinanderfolgende bzw. paarweise, gegensinnige, Biegungen, auf, wobei in einer Ausführung die bzw. eine oder mehrere der Biegung(en jeweils) wenigstens 60°, insbesondere wenigstens 75°, vorzugsweise wenigstens 85° betragen. In einer Weiterbildung liegen bzw. verlaufen wenigstens eine lokale Biegung des ersten Gelenks und wenigstens eine lokale Biegung des zweiten Gelenks in Ebenen, die miteinander einen von Null verschiedenen Winkel einschließen, der in einer Ausführung wenigstens 30°, insbesondere wenigstens 45°, vorzugsweise wenigstens 60° und in einer Ausführung, wenigstens im Wesentlichen, 90° beträgt. Zusätzlich oder alternativ liegen bzw. verlaufen in einer Weiterbildung wenigstens eine lokale Biegung des ersten Gelenks und wenigstens eine lokale Biegung des dritten Gelenks in Ebenen, die miteinander einen von Null verschiedenen Winkel einschließen, der in einer Ausführung wenigstens 30°, insbesondere wenigstens 45°, vorzugsweise wenigstens 60° und in einer Ausführung, wenigstens im Wesentlichen, 90° beträgt. Zusätzlich oder alternativ liegen bzw. verlaufen in einer Weiterbildung wenigstens eine lokale Biegung des zweiten Gelenks und wenigstens eine lokale Biegung des dritten Gelenks in Ebenen, die miteinander einen von Null verschiedenen Winkel einschließen, der in einer Ausführung wenigstens 30°, insbesondere wenigstens 45°, vorzugsweise wenigstens 60° und in einer Ausführung, wenigstens im Wesentlichen, 90° beträgt.
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Zusätzlich oder alternativ weist in einer Ausführung das erste, zweite und/oder dritte Gelenk, insbesondere zur Realisierung eines Schwenkgelenks, wenigstens eine lokale Materialverdünnung, insbesondere wenigstens eine lokale Wandstärkenreduzierung und/oder wenigstens eine lokale Wandhöhenreduzierung, auf. In einer Weiterbildung liegen wenigstens eine lokale Materialverdünnung des ersten Gelenks und wenigstens eine lokale Materialverdünnung des zweiten Gelenks in Abschnitten der Kontaktschiene, die miteinander einen von Null verschiedenen Winkel einschließen, der in einer Ausführung wenigstens 30°, insbesondere wenigstens 45°, vorzugsweise wenigstens 60° und in einer Ausführung, wenigstens im Wesentlichen, 90° beträgt. Zusätzlich oder alternativ liegen in einer Weiterbildung wenigstens eine lokale Materialverdünnung des ersten Gelenks und wenigstens eine lokale Materialverdünnung des dritten Gelenks in Abschnitten der Kontaktschiene, die miteinander einen von Null verschiedenen Winkel einschließen, der in einer Ausführung wenigstens 30°, insbesondere wenigstens 45°, vorzugsweise wenigstens 60° und in einer Ausführung, wenigstens im Wesentlichen, 90° beträgt. Zusätzlich oder alternativ liegen in einer Weiterbildung wenigstens eine lokale Materialverdünnung des zweiten Gelenks und wenigstens eine lokale Materialverdünnung des dritten Gelenks in Abschnitten der Kontaktschiene, die miteinander einen von Null verschiedenen Winkel einschließen, der in einer Ausführung wenigstens 30°, insbesondere wenigstens 45°, vorzugsweise wenigstens 60° und in einer Ausführung, wenigstens im Wesentlichen, 90° beträgt.
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In einer Ausführung ist das erste, zweite und/oder dritte Gelenk somit als Bandgelenk, insbesondere als Filmgelenk bzw. Filmscharnier (lokale Materialverdünnung(en)) und/oder durch einen oder mehrere Bögen (lokale Biegung(en)), ausgebildet.
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Dadurch kann die Kontaktschiene in einer Ausführung besonders kompakt und/oder zuverlässig realisiert und/oder vorteilhaft montiert werden.
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In einer Ausführung ist die Kontaktschiene und somit insbesondere ihre Gelenkanordnung zusammen mit dem Kontaktbereich und dem Stromanschluss, den diese verbindet, einstückig ausgebildet.
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Zusätzlich oder alternativ ist die Kontaktschiene in einer Ausführung bandartig ausgebildet. Dabei beträgt in einer Ausführung eine, insbesondere maximale, minimale und/oder mittlere, Wand- bzw. Bandstärke höchstens 75%, insbesondere höchstens 50%, in einer Ausführung höchstens 25%, einer, insbesondere maximalen, minimalen und/oder mittleren, Wand- bzw. Bandhöhe bzw. -breite und/oder eine, insbesondere maximale, minimale und/oder mittlere, Wand- bzw. Bandhöhe bzw. -breite höchstens 50%, insbesondere höchstens 25%, in einer Ausführung höchstens 10%, einer, insbesondere maximalen, minimalen und/oder mittleren, Wand- bzw. Band- bzw. Kontaktschienen(gesamt)länge.
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Zusätzlich oder alternativ ist bzw. wird die, insbesondere bandartige, Kontaktschiene, insbesondere deren Gelenkanordnung, in einer Ausführung umgeformt, insbesondere plastisch gebogen.
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Zusätzlich oder alternativ kann die Kontaktschiene in einer Ausführung Metall, insbesondere Kupfer bzw. eine Kupferlegierung wie beispielsweise CuSn, aufweisen, insbesondere hieraus bestehen.
Dadurch kann die Kontaktschiene, insbesondere ihre Gelenkanordnung, in einer Ausführung jeweils, insbesondere in Kombination, besonders leicht, kompakt, zuverlässig und/oder einfach realisiert werden.
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In einer Ausführung weist der Kontaktbereich wenigstens einen, insbesondere geschlossenen, Haken auf, der den bzw. die (jeweilige(n)) Drahtabschnitt(e) umgreift, in einer Ausführung klemmt, bzw. hierzu vorgesehen, insbesondere eingerichtet ist bzw. verwendet wird.
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Dadurch kann in einer Ausführung die Kontaktierung und/oder Montage verbessert werden.
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Zusätzlich oder alternativ weist der Stromanschluss einen Einpresskontakt auf, der, insbesondere form- und/oder reibschlüssig, in eine Platine eingepresst wird bzw. hierzu vorgesehen, insbesondere eingerichtet ist bzw. verwendet wird.
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Bei solchen Einpresskontakten kann die vorliegende Erfindung mit besonderem Vorteil eingesetzt werden, da diese besonders sensitiv bezüglich mechanischer Belastungen sind.
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Gleichermaßen kann der Stromanschluss in einer Ausführung auch ein Löt- oder Steckschuhkontakt und/oder von (stator)außen zugänglich sein und in einer Ausführung mit einem Stecker oder dergleichen verbunden werden bzw. sein bzw. hierzu vorgesehen, insbesondere eingerichtet sein bzw. verwendet werden. Auch bei solchen außenliegenden Stromanschlüssen kann die vorliegende Erfindung mit besonderem Vorteil eingesetzt werden, da diese regelmäßig größere Montagetoleranzen bedingen.
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In einer Ausführung umhüllt ein Eingussmaterial die Spulenwicklung(en) und/oder den bzw. die Kontaktbereich(e) der Kontaktschiene(n) wenigstens teilweise. Hierdurch können diese in einer Ausführung vorteilhaft geschützt und/oder elektrisch isoliert werden.
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In einer Ausführung ist die Gelenkanordnung dann außerhalb dieses Eingussmaterials angeordnet. Hierdurch kann in einer Ausführung seine Beweglichkeit verbessert werden.
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Nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung werden (jeweils) ein oder mehrere Drahtabschnitte einer oder mehrerer Spulenwicklungen eines (Stators eines) Elektromotors mithilfe des Kontaktbereichs bzw. der Kontaktbereiche der Kontaktschiene(n) kontaktiert und in einer Ausführung deren Einpresskontakt(e) in eine Platine eingepresst.
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In einer Ausführung beträgt eine elastische Deformation des ersten, zweiten und/oder dritten Gelenks höchstens 1 mm, insbesondere höchstens 0,75 mm bzw. ist das Gelenk hierzu vorgesehen, insbesondere eingerichtet bzw. wird hierzu verwendet.
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Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus den Unteransprüchen und den Ausführungsbeispielen. Hierzu zeigt, teilweise schematisiert:
- 1: einen Elektromotor mit einem Stator mit Spulenwicklungen und einer Kontaktschiene nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung in einem Meridianschnitt;
- 2: eine Kontaktschiene nach einer weiteren Ausführung der vorliegenden Erfindung in einer perspektivischen Ansicht;
- 3: die Kontaktschiene der 2 in einer Ansicht von vorne;
- 4: die Kontaktschiene der 2 in einer seitlichen Ansicht; und
- 5: die Kontaktschiene der 2 in einer Ansicht von oben.
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1 zeigt einen Elektromotor mit einem Rotor 30 und einem Stator mit Spulenwicklungen 20 und drei Kontaktschienen nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung, wobei im Meridianschnitt der 1 nur eine Kontaktschiene 10 dargestellt ist.
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Die einstückig und bandartig ausgebildete Kontaktschiene 10 weist einen Kontaktbereich in Form eines geschlossenen Hakens 11 auf, der einen Drahtabschnitt 21 einer der Spulenwicklungen 20 kontaktiert.
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In einer nicht dargestellten Abwandlung kann der Haken 11 auch mehrere parallele Drahtabschnitte kontaktieren. Zusätzlich oder alternativ können weitere Kontaktbereiche, insbesondere (geschlossene) Haken, Drahtabschnitte einer oder mehrerer anderer der Spulenwicklungen kontaktieren.
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Die Kontaktschiene 10 weist weiter einen von außen zugänglichen Stromanschluss 12A zum Einführen in einen Stecker oder dergleichen (nicht dargestellt) auf.
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In einer weiteren Ausführung, die in den 2-5 dargestellt ist, weist die Kontaktschiene 10 stattdessen einen Stromanschluss in Form eines Einpresskontakts 12B auf, der in eine entsprechende Aussparung einer Platine (nicht dargestellt) eingepresst wird. Die beiden Ausführungen der 1 bzw. 2-5 sind im Übrigen im Wesentlichen baugleich und werden daher gemeinsam beschrieben.
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Die Kontaktschiene 10 weist schließlich eine Gelenkanordnung 13 mit einem ersten integral ausgebildeten Gelenk, einem zweiten integral ausgebildeten Gelenk und einem dritten integral ausgebildeten Gelenk auf, die den Kontaktbereich bzw. Haken 11 und den Stromanschluss 12A bzw. 12B miteinander verbinden.
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Die drei Gelenke sind jeweils als Band- bzw. Schwenkgelenke ausgebildet, wobei das erste Gelenk mehrere gegensinnige lokale Biegungen um jeweils etwa 90°, von denen in 2 zwei aufeinanderfolgende gegensinnige Biegungen durch Bezugszeichen 14 und 15 gekennzeichnet sind, und eine in 2 eingezeichnete Gelenkachse A1 aufweist.
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Das zweite Gelenk weist die lokale Biegung 16 um etwa 90° und eine in 2 eingezeichnete Gelenkachse A2 auf, die auf der hierzu windschiefen, in 2 eingezeichneten Gelenkachse A1 des ersten Gelenks im Wesentlichen senkrecht steht bzw. mit dieser einen Winkel von etwa 90° einschließt.
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Das dritte Gelenk weist mehrere gegensinnige lokale Biegungen um etwa 90°, von denen in 2 eine Biegung durch das Bezugszeichen 17 gekennzeichnet ist, und eine in 2 eingezeichnete Gelenkachse A3 auf, die auf den hierzu windschiefen vorstehend genannten Gelenkachsen A1 und A2 des ersten und zweiten Gelenks im Wesentlichen senkrecht steht bzw. mit diesen jeweils einen Winkel von etwa 90° einschließt.
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Man erkennt, dass die lokalen Biegungen des ersten Gelenks, insbesondere die oben genannten lokalen Biegungen 14, 15, die lokale Biegung 16 des zweiten Gelenks und die lokalen Biegungen des dritten Gelenks, insbesondere die oben genannte lokale Biegung 17, in drei im Wesentlichen zueinander senkrechten Ebenen liegen bzw. verlaufen, nämlich die lokalen Biegungen des ersten Gelenks in der Normalebene zu A1, die lokale Biegung 16 des zweiten Gelenks in der Normalebene zu A2 und die lokalen Biegungen des dritten Gelenks in der Normalebene zu A3.
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Die anderen beiden Kontaktschienen sind analog ausgebildet und kontaktieren mit ihren Kontaktbereichen Drahtabschnitte anderer Spulenwicklungen, so dass durch sie ein Drehfeld generiert werden kann.
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Die Spulenwicklungen und Kontaktbereiche der Kontaktschienen sind durch Eingussmaterial 40 umhüllt, wobei die Gelenkanordnungen außerhalb des Eingussmaterials angeordnet sind, wie in 1 angedeutet.
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Obwohl in der vorhergehenden Beschreibung exemplarische Ausführungen erläutert wurden, sei darauf hingewiesen, dass eine Vielzahl von Abwandlungen möglich ist. Außerdem sei darauf hingewiesen, dass es sich bei den exemplarischen Ausführungen lediglich um Beispiele handelt, die den Schutzbereich, die Anwendungen und den Aufbau in keiner Weise einschränken sollen. Vielmehr wird dem Fachmann durch die vorausgehende Beschreibung ein Leitfaden für die Umsetzung von mindestens einer exemplarischen Ausführung gegeben, wobei diverse Änderungen, insbesondere in Hinblick auf die Funktion und Anordnung der beschriebenen Bestandteile, vorgenommen werden können, ohne den Schutzbereich zu verlassen, wie er sich aus den Ansprüchen und diesen äquivalenten Merkmalskombinationen ergibt.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Kontaktschiene
- 11
- Haken (Kontaktbereich)
- 12A
- von außenzugänglicher Stromanschluss
- 12B
- Einpresskontakt (Stromanschluss)
- 13
- Gelenkanordnung
- 14-17
- lokale Biegung
- 20
- Spulenwicklung
- 21
- Drahtabschnitt
- 30
- Rotor
- 40
- Eingussmaterial
- A1-A3
- Gelenkachse
