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Die Erfindung betrifft ein Blechpaket für einen Rotor einer elektrischen Maschine nach Anspruch 1 sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Blechpaketes nach Anspruch 10.
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Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, Permanentmagneten in Aussparungen innerhalb von Blechpaketen zu montieren. So werden beispielsweise quaderförmige Magnete in quaderförmige Magnettaschen eingesetzt. Um den Einsatzvorgang zu ermöglichen, werden die Taschen größer ausgeführt als die Magnete. Aufgrund des hierdurch entstehenden Spiels müssen die Magnete allerdings nach dem Einbringen fixiert werden. Für die Befestigung der Magnete innerhalb der Aussparungen wird üblicherweise ein Bindemittel wie expandierendes Harz verwendet. Allerdings kann durch die Verwendung von Harzen nicht unter allen Umständen garantiert werden, dass die Magnete in ihrer Position verbleiben. Insbesondere bei einer Erwärmung des Rotors kann das Harz weich werden und die Magnete, beispielsweise durch Fliehkraft, verrutschen. Dies kann sich negativ auf beispielsweise die Unwucht des Rotors auswi rken.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Blechpaket für einen Rotor einer elektrischen Maschine derart zu verbessern, dass eine Fixierung von Magneten innerhalb des Blechpaketes sicher erreicht wird, insbesondere ohne Zuhilfenahme eines zusätzlichen Bindemittels.
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Gelöst wird die oben genannte Aufgabe durch ein Blechpaket für einen Rotor einer elektrischen Maschine, das eine Vielzahl von Rotorblechen umfasst. Jedes Rotorblech weist mindestens eine Ausnehmung zur Aufnahme eines Magneten auf, wobei die Rotorbleche in einer axialen Richtung des Blechpaketes aufeinander gestapelt und miteinander verbunden sind. Rotorbleche einer ersten Gruppe sind derart ausgebildet und/oder angeordnet, dass deren Ausnehmungen fluchten, und zwar vorzugsweise in einer axialen Richtung des Blechpaketes. Die erste Gruppe umfasst mindestens zwei Rotorbleche. Die Rotorbleche einer zweiten Gruppe sind derart ausgebildet und/oder angeordnet, dass deren Ausnehmungen nicht mit den Ausnehmungen der Rotorbleche der ersten Gruppe fluchten, und zwar vorzugsweise in einer axialen Richtung des Blechpaketes.
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Unter dem Begriff „elektrische Maschine“ ist insbesondere eine permanentmagneterregte Maschine, insbesondere für den Fahrantrieb eines Kraftfahrzeuges, zu verstehen.
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Insbesondere lassen sich alle Rotorbleche des Blechpaketes in die erste und zweite Gruppe einteilen. Das Rotorblech besteht somit aus der ersten Gruppe und der zweiten Gruppe von Rotorblechen.
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Die Rotorbleche der ersten Gruppe können benachbart zueinander angeordnet sein oder nicht benachbart zueinander angeordnet sein. Die Rotorbleche der zweiten Gruppe können benachbart zueinander angeordnet sein oder nicht benachbart zueinander angeordnet sein. Insbesondere können die Rotorbleche der zweiten Gruppe zwischen Rotorblechen der ersten Gruppe angeordnet sein. Vorteilhafterweise sind die Rotorbleche nicht generell mit einem Winkelversatz beziehungsweise einer Verschiebung zueinander ausgerichtet, wobei jedes Rotorblech gegenüber den benachbarten Rotorblechen versetzt angeordnet ist. Im Gegenteil sind alle Rotorbleche der ersten Gruppe derart ausgebildet und/oder angeordnet, dass deren Ausnehmungen fluchten. Insbesondere sind die Rotorbleche der ersten Gruppe derart ausgebildet, dass deren Ausnehmungen alle identisch ausgebildet sind. Die Ausnehmungen sind somit formgleich ausgebildet, und deren Ausdehnung in mindestens einer Richtung, vorzugsweise deren Ausdehnungen in zwei Richtungen, senkrecht zu einer axialen Richtung des Blechpaketes, vorzugsweise deren Länge und Breite, stimmen überein.
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Vorteilhafterweise bilden die Ausnehmungen der Rotorbleche der ersten Gruppe eine Magnettasche zur Aufnahme eines Magneten, die einen Innenraum umfasst. Dabei dienen die Rotorbleche der zweiten Gruppe, deren Ausnehmungen nicht mit den Ausnehmungen der Rotorbleche der ersten Gruppe fluchten, dazu, einen in den Innenraum eingebrachten Magneten zu fixieren, und zwar vorzugsweise derart, dass dieser spielfrei in der Magnettasche gehalten wird. Dabei sind die Rotorbleche der zweiten Gruppe derart ausgebildet und/oder angeordnet, dass diese eine Pressspannung auf einen in die Magnettasche aufgenommenen Magneten ausüben können. Die Pressspannung erfolgt insbesondere nicht in axialer Richtung des Blechpaketes, sondern in einer Richtung senkrecht dazu. Insbesondere ist die Ausnehmung der Rotorbleche der ersten und/oder zweiten Gruppe quaderförmig ausgebildet, so dass auch die Magnettasche quaderförmig ausgebildet ist.
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Vorteilhafterweise ist zumindest eine Innenwand der Magnettasche, die den Innenraum begrenzt, durch die fluchtende Ausbildung der Ausnehmungen der Rotorbleche der ersten Gruppe derart ausgebildet, dass sie sich geradlinig in axialer Richtung des Blechpaketes erstreckt. Insbesondere gilt dies für sämtliche Innenwände der Magnettasche. Sind die Ausnehmungen quaderförmig ausgebildet, weist die Magnettasche vier Innenwände auf, die den Innenraum definieren, in den der Magnet eingebracht werden kann. Dadurch, dass alle Rotorbleche insbesondere derart ausgebildet und/oder angeordnet sind, dass die Ausnehmungen miteinander fluchten, erstrecken sich alle Innenwände der Magnettasche geradlinig in axialer Richtung des Blechpaketes. Insbesondere sind alle Rotorbleche der zweiten Gruppe derart ausgebildet und/oder angeordnet, dass deren Ausnehmungen miteinander fluchten, und zwar vorzugsweise in axialer Richtung.
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Insbesondere ragt jedes Rotorblech der zweiten Gruppe um einen Vorsprung in den durch die mindestens eine Innenwand der Magnettasche gebildeten Innenraum hinein. Insbesondere beträgt der Vorsprung höchstens 1 mm, ferner bevorzugt höchstens 0,5 mm, am meisten bevorzugt höchstens 0,4 mm. Vorzugsweise ragt jedes Rotorblech der zweiten Gruppe an mindestens einer Innenwand, vorzugsweise an zwei Innenwänden, um einen jeweiligen Vorsprung in den Innenraum hinein. Insbesondere sind die beiden Innenwände benachbart zueinander angeordnet. Insbesondere wird durch den mindestens einen Vorsprung, vorzugsweise durch die Vorsprünge an den beiden Innenwänden, mindestens eine Ausdehnung, vorzugsweise zwei Ausdehnungen, des Innenraumes in einer Richtung senkrecht zur axialen Richtung des Blechpaketes derart verkleinert, in anderen Worten eingeengt, dass sich ein Magnet beim Einbringen in die Magnettasche unter leichtem Pressdruck gerade noch einschieben lässt und schließlich durch das Hineinragen der Rotorbleche der zweiten Gruppe fixiert wird. Unter dem Begriff „Ausdehnung“ ist vor allem eine Länge und/oder eine Breite und/oder ein Durchmesser des Innenraumes zu verstehen. Insbesondere beträgt die verkleinerte Ausdehnung des Innenraums höchstens dem 1,1-Fachen, vorzugsweise höchstens dem 1,0-Fachen, am meisten bevorzugt höchstens 0,95-Fachen, der entsprechenden Ausdehnung des aufzunehmenden Magneten, sodass eine ausreichende Pressspannung nach dem Einbringen des Magneten zur Fixierung erreicht wird. Dem Magneten wird somit jegliches Spiel zur Bewegung genommen, und seine Position kann äußeren Kräften, wie beispielsweise Fliehkräften, widerstehen. Das Blechpaket kann somit einen Magneten in einer Magnettasche ohne den Einsatz jeglicher Bindemittel fixieren. Ferner kann ohne aufwendige Hilfsmontagemittel sichergestellt werden, dass die Magnete in ihren Magnettaschen in einer definierten Position gehalten werden. Dies reduziert eine mögliche Unwucht. Ferner ist die Fixierung unabhängig von einem Wärmezustand des Rotorbleches beziehungsweise des Magneten. Anders als bei Harz kann sich die Fixierung bei einer Erwärmung des Rotors nicht lösen. Insbesondere wird kein zusätzliches Haltemittel, beispielsweise ein Rastelement, zur Fixierung des Magneten in einer Magnettasche eingesetzt. Ohne den Einsatz eines Bindemittels ist das Blechpaket durch den Entfall von Harz kostengünstiger und prozesssicherer, wobei zusätzlich noch Gewicht eingespart wird. Ferner ist ohne aufwendige Hilfsmontagemittel sichergestellt, dass die Magnete in Taschen in definierter Position gehalten werden, was für eine geringe und unveränderliche Unwucht relevant ist.
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Insbesondere umfasst die zweite Gruppe eine wesentlich kleinere Anzahl von Rotorblechen als die erste Gruppe, wobei die erste Gruppe sämtliche anderen Rotorbleche des Blechpaketes umfasst. Vorzugsweise umfasst die zweite Gruppe mindestens ein Blech bzw. bei geringer Blechdicke zur Erreichung der Spannkraft zur Fixierung des Magneten ggf. eine Anzahl größer eins. Insbesondere umfasst die zweite Gruppe höchstens 10, insbesondere höchstens 5, Rotorbleche. Bevorzugterweise umfasst die zweite Gruppe höchstens zwei Rotorbleche, insbesondere nur ein Rotorblech. Insbesondere sind die Rotorbleche der zweiten Gruppe gegenüber den Rotorblechen der ersten Gruppe verschoben und/oder verdreht angeordnet, sodass die Ausnehmungen der Rotorbleche der zweiten Gruppe nicht mit den Ausnehmungen der Rotorbleche der ersten Gruppe fluchten. Dabei können die Ausnehmungen der Rotorbleche der zweiten Gruppe in ihrer Form und ihre Ausdehnung in zumindest einer Richtung, vorzugsweise ihre Ausdehnungen in zwei Richtungen, senkrecht zur axialen Richtung des Blechpaketes identisch mit den Ausnehmungen der Rotorbleche der ersten Gruppe sein. Dass die Ausnehmungen nicht miteinander fluchten, wird in diesem Fall dadurch erreicht, dass die Rotorbleche der zweiten Gruppe gegenüber den Rotorblechen der ersten Gruppe verschoben und/oder verdreht angeordnet sind. Insbesondere kann eine Verdrehung um eine Rotationsachse des Rotors vorliegen. Die Verdrehung beträgt insbesondere höchstens 10 Winkelsekunden, ferner bevorzugt höchstens 7 Winkelsekunden, am meisten bevorzugt höchstens 5 Winkelsekunden. Dadurch, dass die Ausnehmungen identisch ausgebildet sind, muss kein neues Stanzwerkzeug zum Herstellen der Rotorbleche der zweiten Gruppe eingesetzt werden.
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Vorteilhafterweise können die Ausnehmungen der Rotorbleche der zweiten Gruppe gegenüber den Ausnehmungen der Rotorbleche der ersten Gruppe eine andere Form aufweisen und/oder kleiner ausgebildet sein, sodass die Ausnehmungen der zweiten Gruppe nicht mit den Ausnehmungen der Rotorbleche der ersten Gruppe fluchten. Das heißt entweder zusätzlich oder anstatt die Rotorbleche der ersten Gruppe zu verschieben und/oder zu verdrehen, können die Rotorbleche der zweiten Gruppe beispielsweise einen leicht unterschiedlichen Querschnitt haben. Insbesondere kann die Ausdehnung in mindestens eine Richtung, vor allem ihre Ausdehnungen in zwei Richtungen, senkrecht zur axialen Richtung des Blechpaketes kleiner ausfallen, sodass in dieser Richtung, an zumindest einer Innenwand der Magnettasche, die Ausnehmungen der Rotorbleche der ersten Gruppe nicht mit den Ausnehmungen der zweiten Gruppe fluchten. Dadurch kann erreicht werden, dass eine Pressspannung auf einen aufgenommenen Magneten ausgeübt wird.
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Das Rotorblech kann zudem mehrere Ausnehmungen aufweisen, wobei das Obige auf alle Ausnehmungen zutrifft.
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Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf einen Rotor umfassend ein oben beschriebenes erfindungsgemäßes Blechpaket. Dabei kann der Rotor mehrere Blechpakete aufweisen, wobei jedes Blechpaket wie oben beschrieben ausgebildet sein kann.
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In einem weiteren Aspekt umfasst die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Blechpaketes für einen Rotor einer elektrischen Maschine, wobei das Blechpaket eine Vielzahl von Rotorblechen umfasst, wobei jedes Rotorblech wenigstens eine Ausnahme zur Aufnahme eines Magneten aufweist, wobei die Rotorbleche in axialer Richtung des Blechpaketes aufeinander gestapelt und miteinander verbunden werden. Die Rotorbleche einer ersten Gruppe werden derart ausgebildet und/oder angeordnet, dass deren Ausnehmungen fluchten, wobei die Rotorbleche einer zweiten Gruppe derart ausgebildet und/oder angeordnet werden, dass deren Ausnehmungen nicht mit den Ausnehmungen der Rotorbleche der ersten Gruppe fluchten. Insbesondere dient das Verfahren zur Herstellung eines oben beschriebenen Blechpaketes.
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Insbesondere können die Rotorbleche der ersten Gruppe und der zweiten Gruppe identisch ausgebildet werden. Insbesondere können deren Ausnehmungen formgleich und/oder deren Ausdehnung in mindestens eine Richtung, vor allem deren Ausdehnungen in zwei Richtungen, senkrecht zur axialen Richtung des Blechpaketes gleich ausgebildet werden. In einem solchen Falle wird durch die Anordnung, insbesondere eine leichte Verschiebung und/oder Verdrehung, sichergestellt, dass die Ausnehmungen der Rotorbleche der zweiten Gruppe nicht mit den Ausnehmungen der Rotorbleche der ersten Gruppe fluchten. Ferner können die Rotorbleche der ersten Gruppe und der zweiten Gruppe derart ausgebildet werden, dass deren Ausnehmungen sich unterscheiden, beispielsweise in deren Form und/oder deren Ausdehnung in mindestens einer Richtung, vorzugsweise deren Ausdehnungen in zwei Richtungen, senkrecht zur axialen Richtung des Rotors, sodass dadurch erreicht wird, dass die Ausnehmungen der unterschiedlichen Gruppen nicht miteinander fluchten. Beide Möglichkeiten können auch miteinander kombiniert werden. Insbesondere werden die Ausnehmungen durch Stanzen gebildet, wobei bei der ersten oben beschriebenen Variante insbesondere kein neues Stanzwerkzeug eingesetzt werden muss, sondern bereits ein leichtes Verdrehen und/oder Verschieben der Rotorbleche der zweiten Gruppe beim Aufeinanderstapeln der Rotorbleche zum Herstellen des Blechpaketes ausreicht.
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Die Erfindung wird an den folgenden rein schematischen Figuren näher erläutert. Es zeigen:
- 1 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Blechpaketes;
- 2 einen Querschnitt des Blechpaketes der 1;
- 3 eine Draufsicht auf einen Schnitt entlang der Linie A-A aus der 2; und
- 4 ein Verfahrensschema eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
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1 stellt eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Blechpaketes 10 dar.
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Das Blechpaket 10 umfasst eine Vielzahl von Rotorblechen 11. Jedes Rotorblech 11 umfasst eine Ausnehmung 12.
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Die Rotorbleche lassen sich in zwei Gruppen aufteilen, und zwar eine erste Gruppe 13 und eine zweite Gruppe 14. Die erste Gruppe 13 umfasst die oberen drei sowie die unteren vier Rotorbleche 11, während die zweite Gruppe 14 die dazwischenliegenden beiden Rotorbleche 11, das heißt das vierte und fünfte Rotorblech 11 von oben, umfasst. Die Rotorbleche 11 der zweiten Gruppe 14 sind benachbart zueinander angeordnet, während die Rotorbleche 11 der ersten Gruppe 13 durch die dazwischenliegenden Rotorbleche 11 der zweiten Gruppe 14 in zwei Untergruppen aufgeteilt sind.
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Die Rotorbleche 11 der ersten Gruppe 13 sind derart ausgebildet und angeordnet, dass deren Ausnehmungen 12 miteinander fluchten. Insbesondere sind die Ausnehmungen 12 alle gleich groß ausgebildet. Die Ausnehmungen 12 der Rotorbleche 11 der ersten Gruppe 13 bilden somit eine Magnettasche 15, deren Innenwände sich geradlinig in axialer Richtung 10a des Blechpaketes 10 erstrecken. Die Magnettasche 15 weist eine erste Innenwand 17 und eine zweite Innenwand 18 auf, die in 1 zu sehen sind. Ferner weist die Magnettasche 15 eine der ersten Innenwand 17 gegenüberliegende, dritte Innenwand 19 und eine der zweiten Innenwand 18 gegenüberliegende, vierte Innenwand 20 auf, die aus der perspektivischen Ansicht der 1 nicht hervorgehen (siehe 3).
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Die Rotorbleche 11 der zweiten Gruppe 14 weisen Ausnehmungen 12 auf, die zwar gleich groß sind, jedoch gegenüber den Ausnehmungen 12 der Rotorbleche 11 der ersten Gruppe 13 verschoben sind. Dadurch fluchten die Ausnehmungen 12 der Rotorbleche 11 der zweiten Gruppe 14 zwar miteinander, allerdings nicht mit den Ausnehmungen 12 der Rotorbleche 11 der ersten Gruppe 13. Insbesondere ragt an zwei Innenwänden jedes Rotorblech 11 der zweiten Gruppe 14 in den Innenraum 16 hinein. In 1 ragen die Rotorbleche 11 der zweiten Gruppe 14 an der zweiten Innenwand 18 und der dritten Innenwand 19 in den Innenraum 16 hinein.
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2 zeigt einen Querschnitt in axialer Richtung 10a des Blechpaketes 10. Deutlich ist zu sehen, wie die Ausnehmungen 12 der Rotorbleche 11 der ersten Gruppe 13 die Magnettasche 15 mit deren Innenraum 16 bilden, wobei in der Darstellung der 2 ein Magnet 22 in den Innenraum 16 eingebracht ist. Die Rotorbleche 11 der zweiten Gruppe 14 ragen in 2 deutlich an der dritten Innenwand 19 in den Innenraum 16 der Magnettasche 15 hinein, und zwar um den Vorsprung 21, und fluchten somit nicht mit den Ausnehmungen 12 der Rotorbleche 11 der ersten Gruppe 13.
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Auf der gegenüberliegenden Seite, und zwar an der ersten Innenwand 17, sind die Rotorbleche 11 der zweiten Gruppe 14 um ein entsprechendes Stück, das dem Vorsprung 21 entspricht, eingerückt. Dadurch, dass die Rotorbleche 11 der zweiten Gruppe 14 in den Innenraum 16 hineinragen, wird dieser derart verengt, dass der Magnet 22 gerade noch in den Innenraum 16 geschoben werden kann, allerdings die Rotorbleche 11 der zweiten Gruppe 14 eine Pressspannung auf den Magneten 22 ausüben, sodass dieser in der Magnettasche 15 gehalten wird.
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3 zeigt einen Schnitt entlang der Linie A-A. Deutlich ist zu sehen, wie die Rotorbleche 11 der ersten Gruppe 13 miteinander fluchten, da sich die Innenwände geradlinig in Axialrichtung 10a erstrecken, was durch das durchgezogene Rechteck dargestellt ist. Das Rechteck, das teilweise gestrichelt ist, zeigt, wie die Rotorbleche 11 der zweiten Gruppe 14 verschoben angeordnet sind und somit an der zweiten Innenwand 18 und der dritten Innenwand 19 in den Innenraum 16 hineinragen.
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In 4 ist ein erfindungsgemäßes Verfahren 100 gezeigt. In einem ersten Schritt werden Rotorbleche ausgebildet 101. Dabei können die Rotorbleche gleichartig ausgebildet werden. Dies bezieht sich insbesondere auf die Ausdehnungen der Ausnehmungen 12 der Rotorbleche. Diese können gänzlich gleich ausgebildet werden, oder es können die Ausnehmungen 12 der Rotorbleche 11 der zweiten Gruppe 14 anders, beispielsweise in einer anderen Form oder kleiner, ausgebildet sein.
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Ferner werden die Rotorbleche 11 aufeinander gestapelt 102 und miteinander verbunden 104. Bei dem Aufeinanderstapeln 102 werden die Rotorbleche 11 angeordnet 103. Dabei werden die Rotorbleche 11 derart angeordnet 103, dass die Ausnehmungen 12 der Rotorbleche 11 einer ersten Gruppe 13 fluchten, die Ausnehmungen 12 der Rotorbleche 11 einer zweiten Gruppe 14 allerdings nicht mit den Ausnehmungen 12 der Rotorbleche 11 der ersten Gruppe 13 fluchten. Dadurch wird erreicht, dass die Rotorbleche 11 der zweiten Gruppe 14 in einen Innenraum 16 einer Magnettasche 15, der durch die Ausnehmungen 12 der Rotorbleche 11 der ersten Gruppe 13 gebildet wird, hineinragen und einen darin angeordneten Magneten 22 fixieren können.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Blechpaket
- 10a
- axiale Richtung
- 11
- Rotorblech
- 12
- Ausnehmung
- 13
- erste Gruppe
- 14
- zweite Gruppe
- 15
- Magnettasche
- 16
- Innenraum
- 17
- erste Innenwand
- 18
- zweite Innenwand
- 19
- dritte Innenwand
- 20
- vierte Innenwand
- 21
- Vorsprung
- 22
- Magnet
- 100
- Verfahren
- 101
- Ausbilden von Rotorblechen
- 102
- Aufeinanderstapeln von Rotorblechen
- 103
- Anordnen von Rotorblechen
- 104
- Verbinden von Rotorblechen
