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Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine mit einem Stator, welcher aus einer Vielzahl von aneinander angeordneten Statorlamellen aufgebaut ist, wobei der Stator in einem Gehäuse der elektrischen Maschine aufgehangen ist und hierbei wenigstens in seine Umfangsrichtung verlaufende Kühlmitteldurchlässe aufweist. Die Kühlmitteldurchlässe sind hierbei über einen Drehverssatz von Statorlamellen des Stators zueinander ausgeführt.
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Statoren von elektrischen Antrieben oder auch Hybridgetrieben werden im Allgemeinen in einem Gehäuse oder einem Gehäuseteil eingepresst oder eingeschrumpft. Um die Übertragung von im Betrieb auftretenden Momenten über den gesamten Betriebstemperaturbereich zu gewährleisten, ist die bei der Einpressung etablierte Presspassung mit hohem Übermaß auszuführen. Aus diesem Grund wird das Gehäuse neben den im Betrieb aufzunehmenden Drehmomenten bereits durch die Presspassung in nachteiliger Weise mechanisch belastet.
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Neben der Verbindung mittels Presspassung sind aus dem Stand der Technik zudem formschlüssig drehfeste Drehmomentübertragungen zwischen Stator und Gehäuse bekannt.
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In diesem Zusammenhang beschreibt die
DE 102 57 889 A1 eine Befestigung des Stators in einem Gehäuse durch die Verwendung von Klammern. Die Klammern sind insbesondere als Doppelschenkelklammern oder Splinte ausgebildet, welche in zwischen Gehäuse und Stator eingebrachte Axialnuten eingeführt werden. Hierbei verkeilen die Klammern Stator und Gehäuse in tangentialer Richtung, sodass die Drehmomentübertragung zwischen Gehäuse und Stator über einen Formschluss erfolgt. Es kann zudem vorgesehen sein, dass die Klammern zur Verbesserung der Verbindung zwischen Stator und Gehäuse in axiale Richtung verriegelt werden. Die Zentrierung des Stators im Gehäuse wird ebenfalls über die Klammern sichergestellt, wobei hierzu eine Vielzahl der Klammern in Umfangsrichtung des Stators angeordnet ist. Nachteilig ist hierbei jedoch die Vielzahl an verwendeten Klammern, wodurch der Aufbau überbestimmt ist und geringe Toleranzen vorliegen müssen.
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Zudem offenbart die
DE 10 2009 010 177 A1 eine Verbindung von Stator und Gehäuse einer Elektromotoranordnung in einem Hybridgetriebe, wobei zwischen Gehäuse und Stator Spannhülsen in Axialnuten eingesetzt sind. Hierdurch wird eine Übertragung von im Betrieb auftretenden Drehmomenten mittels eines Formschlusses zwischen Stator und Gehäuse etabliert, welche bedingt durch die Vorspannung der Spannhülse auch bei einer wärmebedingten Ausdehnung weitgehend sichergestellt sein soll.
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Der
EP 1 592 107 A2 ist weiterhin die Befestigung eines aus Statorblechen bestehenden Stators in einem Gehäuse eines Generators zu entnehmen, wobei zwischen Stator und Gehäuse eine zusätzliche Stützringstruktur angeordnet ist, in welche der eigentliche Stator eingebracht wird. Die Verbindung zwischen Statorblechen respektive Stator und Stützringstruktur wird durch an der Stützringstruktur in Umfangsrichtung beabstandet angeformte und je nach Ausführungsform verschieden gestaltete Profilstangen realisiert, welche in am Stator ausgeformte und mit den Profilstangen mittelbar zusammenwirkende Profilnuten eingreifen. Dabei können die Profilstangen eine von den Profilnuten verschiedene Querschnittsform aufweisen, da zwischen Profilstangen und Profilnuten je nach Ausführungsform unterschiedlich ausgebildete Keilelemente angeordnet sind. Im Wesentlichen dienen diese Keilelemente jedoch einem Toleranzausgleich zwischen Profilstangen und Profilnuten.
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Elektrische Maschinen, insbesondere elektrische Maschinen mit hoher Leistung wie elektrische Antriebe, erfahren im Betrieb eine Erwärmung. Um eine Beeinträchtigung oder einen Ausfall aufgrund einer zu hohen Übertemperatur zu vermeiden ist es allgemein bekannt, dass die entstehende Wärme durch eine Kühlung abgeführt werden muss.
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Die
DE 11 2011 103 343 T5 offenbart hierbei eine elektrische Maschine mit einem aus einer Vielzahl von Statorblechen bestehenden Stator, wobei der Stator zur Kühlung und hierbei im Zusammenwirken mit dem Gehäuse, in welchem Stator und Rotor angeordnet sind, sowohl in seine Längsrichtung als auch in seine Umfangsrichtung mehrere Kühlkanäle aufweist, welche am dem Gehäuse der elektrischen Maschine zugewandten Außenumfang des Stators ausgeformt sind. Es liegt somit eine geschlossene Kühllösung des Stators respektive der elektrischen Maschine vor.
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Hierzu vergleichbar ist durch die
US 2014/0265662 A1 ebenfalls eine elektrische Maschine bekannt, deren Stator eine Kühlstruktur aufweist, wobei am Außenumfang in Längsrichtung des Stators Kühlkanäle in die Mantelfläche des Stators eingelassen sind. Dabei ist vorgesehen, dass zur Verbindung der Kühlkanäle in Umfangsrichtung des Stators Mikrokühlkanäle ausgeformt sind. Hierfür sind die einzelnen, aufeinander folgenden Statorbleche des Stators in einer Weiterbildung derart gegeneinander verdreht, dass das folgende Statorblech in der Kanallücke des vorhergehenden Statorblechs liegt. Der Stator bildet zudem mit dem Gehäuse eine geschlossene, gehauste Kühllösung, welche zur Zufuhr des Kühlmittels Zu- und Abläufe aufweist.
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Nachteilig an solchen geschlossenen Kühllösungen sind konstruktive Beschränkungen in Hinsicht auf die Anordnung des Stators im Gehäuse sowie der erhöhte Aufwand für Abdichtungsmaßnahmen.
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Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die elektrische Maschine der eingangs genannten Art derart auszuführen, dass eine offene Kühlung der elektrischen Maschine ermöglicht wird.
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Diese Aufgabe wird gelöst mit einer elektrischen Maschine gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Die Unteransprüche betreffen besonders zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung.
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Erfindungsgemäß ist also eine elektrische Maschine mit einem Stator vorgesehen, wobei der Stator aus einer Vielzahl von aneinander angeordneten Statorlamellen aufgebaut ist. Zudem ist der Stator hierbei in einem Gehäuse der elektrischen Maschine aufgehangen - respektive angeordnet - und weist wenigstens in seine Umfangsrichtung verlaufende Kühlmitteldurchlässe auf, welche - zumindest teilweise - über einen Drehversatz von Statorlamellen des Stators zueinander ausgeführt sind. Überdies sind die in Umfangsrichtung des Stators verlaufenden Kühlmitteldurchlässe in, von einer äußeren Mantelfläche des Stators radial nach außen gerichtet ausgeformten Mittelaufnahmen ausgebildet. Dabei sind in den Mittelaufnahmen Aufhängemittel angeordnet, über welche der Stator in Statorlagern des Gehäuses aufgehängt - respektive angeordnet - ist. Dies führt vorteilhaft dazu, dass das Kühlmittel, welches dem Stator zur Kühlung über eine Kühlmittelzufuhr zugeführt wird, die Mittelaufnahmen und hierbei die in den Mittelaufnahmen ausgebildeten Kühlmitteldurchlässe durchströmt und somit eine vollständige Benetzung des Stators sichergestellt werden kann. Das über den Stator abfließende Kühlmittel würde sich nach Überströmen des Stators in einem, z. B. im Gehäuse der elektrischen Maschine ausgebildeten Kühlmittelsumpf sammeln, wobei der Kühlmittelsumpf in einem geodätisch niedrigsten Punkt der elektrischen Maschine respektive des Gehäuses angeordnet sein sollte. Stator und Gehäuse der elektrischen Maschine wären hierbei derart ausgebildet und zueinander angeordnet, dass die Kühlmitteldurchlässe zumindest in Umfangsrichtung des Stators keine über das Gehäuse abgeschlossenen Kühlkanäle bilden und somit eine offene Kühlung des Stators respektive der elektrischen Maschine vorliegt.
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Die Aufhängemittel selbst können zudem als Bolzen ausgeführt sein, welche einen Kopf sowie einen Schaft aufweisen. Kopf sowie Schaft sollten hierbei zylindrisch ausgeformt sowie koaxial zueinander ausgerichtet sein, wobei der Kopf des Aufhängemittels einen größeren Durchmesser aufweisen würde als der Schaft des Aufhängemittels. Die Aufhängemittel, welche - wie bereits erwähnt - im Allgemeinen bevorzugt als Bolzen ausgeführt wären, sollten zudem mit ihrer Längsachse in Längsrichtung des Stators, respektive des Gehäuses ausgerichtet sowie in Umfangsrichtung zueinander beabstandet angeordnet sein.
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Besonders bevorzugt sind zudem lediglich zwei Statorlager am Gehäuse der elektrischen Maschine ausgebildet, in welchen der Stator über jeweils ein Aufhängemittel angeordnet ist, sodass sich vorteilhaft eine Überbestimmung vermeiden lässt.
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Zu beachten wäre weiterhin, dass die Statorlager beispielsweise neben der Außenwandung des Gehäuses auch im Inneren des Gehäuses ausgebildet sein können.
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In einer überaus vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist zudem über die Aufhängemittel, in Umfangsrichtung des Stators, zwischen Stator und Gehäuse ein drehfester Formschluss ausgebildet, wodurch entsprechend in tangentialer Richtung, respektive in Umfangsrichtung des Stators, eine Drehmomentübertragung zwischen Gehäuse und Stator erfolgen kann.
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Ergänzend stellt es sich als gewinnbringend dar, wenn zwischen Statorlager und einem Kopf sowie Statorlager und einem dem Kopf abgewandten Endabschnitt eines - insbesondere zylindrischen - Schafts des jeweilig in dem Statorlager angeordneten Aufhängemittels eine Pressverbindung ausgebildet ist. Hierdurch bestünde jeweils zwischen Statorlager und Kopf sowie Statorlager und Endabschnitt des Schafts in axialer Richtung respektive in Längsrichtung des Stators ein Kraftschluss, wodurch sich der Stator einerseits im Gehäuse gegen ein axiales Verschieben sichern sowie andererseits gegenüber dem Gehäuse zentrieren und eine Soll-Drehlage festlegen ließe.
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In besonders vielversprechender Ausführungsform weist der Stator ferner vier Mittelaufnahmen auf, wobei in zwei der Mittelaufnahmen Aufhängemittel angeordnet sind. Denkbar wäre zwar ebenso, dass in allen vier Mittelaufnahmen Aufhängemittel angeordnet sind, jedoch sind bevorzugt lediglich in zwei der vier Mittelaufnahmen Aufhängemittel angeordnet, welche ihrerseits in zwei Statorlagern am Gehäuse der elektrischen Maschine angeordnet sind. Dies verhindert vorteilhaft eine Überbestimmung der Aufhängung des Stators im Gehäuse der elektrischen Maschine. Hierbei sollten die zwei Aufhängemittel in zueinander um 180 Grad versetzte Mittelaufnahmen eingebracht sein.
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Günstig ist es ebenso, wenn in zwei Mittelaufnahmen Verbindungsmittel angeordnet sind, welche die Statorlamellen untereinander verbinden. Die Anordnung der Verbindungsmittel kann einerseits vorteilhaft dazu beitragen, gegebenenfalls im Betrieb der elektrischen Maschine lokal, beispielsweise an einzelnen oder verteilt an mehreren unterschiedlichen Statorlamellen auftretende Momente auf die über das Verbindungselement miteinander verbundenen Statorlamellen zu verteilen. Zudem kann die Anordnung vorteilhaft dazu genutzt werden, auftretende Drehmomente auf alle Statorlamellen zu verteilen. Hierbei ist anzumerken, dass die Verbindungmittel entsprechend keine Verbindung zwischen dem Stator und dem Gehäuse der elektrischen Maschine etablieren.
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Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass den Stator in Längsrichtung kopf- sowie fußseitig nicht abschließende Statorlamellen zwei - insbesondere in Umfangsrichtung um 180 Grad zueinander versetzt angeordnete - Teilaufnahmen aufweisen, welche einen Teil der Mittelaufnahmen ausbilden. Die Teilaufnahmen sollten hierbei Öffnungen aufweisen, deren Querschnitt wenigstens einem Teilkreis entspricht, sodass die Aufhängemittel, welche einen insbesondere zylindrisch ausgebildeten Schaft aufweisen, in den Teilaufnahmen und somit den Mittelaufnahmen anordenbar sind.
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Eine Ausführungsform der Erfindung ist weiterhin dann als gewinnbringend anzusehen, wenn den Stator in Längsrichtung kopf- sowie fußseitig abschließende Statorlamellen vierinsbesondere in Umfangsrichtung um 90 Grad zueinander versetzt angeordnete - Teilaufnahmen aufweisen, welche einen an der jeweiligen Statorlamelle ausgebildeten Teil der Mittelaufnahmen ausbilden. Auch diese Teilaufnahmen sollten dabei Öffnungen aufweisen, deren Querschnitt wenigstens einem Teilkreis entspricht, sodass die Aufhängemittel in den Teilaufnahmen und somit den Mittelaufnahmen anordenbar sind.
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In vielversprechender Art weisen ferner im Stator aneinander angrenzende, zwei Teilaufnahmen aufweisende Statorlamellen jeweils gegenüber einander einen Drehversatz von 90 Grad auf, sodass die in einer jeweiligen Mittelaufnahme aufgrund des Drehversatzes alternierend entstehenden Freiräume die Kühlmitteldurchlässe ausbilden.
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Ein Stator sollte bevorzugt aus einer Mehrzahl an aneinander angrenzender, den Stator kopfsowie fußseitig nicht abschließender Statorlamellen bestehen, welche jeweils zwei in Umfangsrichtung zueinander um 180 Grad versetzte Teilaufnahmen aufweisen und zudem kopf- sowie fußseitig durch Statorlamellen - hierbei insbesondere jeweils durch eine Statorlamelle -abgeschlossen werden, welche in Umfangsrichtung um 90 Grad zueinander versetzt angeordnete Teilaufnahmen aufweisen. Die aneinander angrenzenden, benachbarten und jeweils zwei Teilaufnahmen aufweisenden Statorlamellen sollten dabei alternierend einen Drehversatz von 90 Grad zueinander aufweisen, wobei die jeweils um 90 Grad alternierend zueinander versetzten Teilaufnahmen der jeweils zwei Teilaufnahmen aufweisenden Statorlamellen mit den in Umfangsrichtung um 90 Grad zueinander versetzt ausgebildeten Teilaufnahmen der vier Teilaufnahmen aufweisenden Statorlamellen fluchtend angeordnet sein sollen. Dies führt vorteilhaft zu Mittelaufnahmen, welche aufgrund des Drehversatzes der zwei Teilaufnahmen aufweisenden Statorlamellen alternierende Freiräume aufweisen, welche die Kühlmitteldurchlässe ausbilden. Zudem ist es möglich, eine überaus vorteilhafte Anordnung der Aufhängemittel in den in Umfangsrichtung des Stators um 180 Grad drehversetzt ausgeformten Mittelaufnahmen zu realisieren. Hierzu müssten überdies in den verbleibenden zwei Mittelaufnahmen, in welchen keine Aufhängemittel angeordnet sind, jeweils Verbindungsmittel angeordnet sein. Dies führt vorteilhaft dazu, dass eine Drehmomentübertragung von den Statorlamellen, welche durch diese Verbindungmittel untereinander verbunden sind, über die kopf- und fußseitig angeordneten Statorlamellen auf die Aufhängemittel und über diese auf das Gehäuse der elektrischen Maschine ermöglicht wird.
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Weiterhin zeigt sich eine Ausführungsform der Erfindung als aussichtsreich, wenn die Mittelaufnahmen einen angefügten Kamm-Abstandshalter aufweisen, welcher einen Kamm-Rücken mit an dem Kamm-Rücken ausgeformten Doppelzinken aufweist. Hierdurch ließe sich ein insbesondere während eines Montageprozesses des Stators auftretendes Aufspreizen der Statorlamellen, welches durch das Einführen der Aufhängemittel und/oder der Verbindungsmittel in die Mittelaufnahmen hervorgerufen werden kann, revidieren und ein Soll-Abstand der Statorlamellen zueinander herstellen. Der die Doppelzinken, welche dem Grunde nach in Form einer feststehenden Doppelzange oder auch eines Clips ausgeführt sein können, aufweisende Kamm-Rücken kann hierbei die Aufhängemittel und/oder die Verbindungsmittel in deren Längsrichtung wenigstens teilweise radial abdecken.
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Des Weiteren ist es überaus praxisgerecht, wenn die Doppelzinken des Kamm-Abstandshalters in die Kühlmitteldurchlässe der jeweiligen Mittelaufnahme eingreifen, wobei die Doppelzinken die Kühldurchlässe nicht - vollständig - verschließen, wodurch in einfacher Weise ein Soll-Abstand der Statorlamellen etabliert werden kann. Eine Eingriffstiefe der Doppelzinken wäre hierbei somit geringer als eine Durchlasstiefe der Kühlmitteldurchlässe und die Kühlmitteldurchlässe der Mittelaufnahmen demnach stets geöffnet. Hierdurch kann das Kühlmittel weiterhin ungehindert durch die Kühlmitteldurchlässe fließen und vorteilhaft die Wärmeabfuhr garantieren.
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Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips ist eine davon in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Diese zeigt in
- 1a, 1b einen Stator;
- 2a, 2b, 2c den Aufbau eines Kerns des Stators;
- 3a, 3b den Aufbau des Stators;
- 4a, 4b einen Kamm-Abstandshalter sowie einen Stator mit Kamm-Abstandshaltern;
- 5 eine elektrische Maschine mit Gehäuse und Stator.
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Die 1a und 1b zeigen einen Stator 1, wobei in 1a in den Mittelaufnahmen 6 des Stators 1 die als Bolzen ausgeführten Aufhängemittel 7 sowie die als Stift ausgebildeten Verbindungsmittel 12 angeordnet sind. In der Darstellung der 1b sind die Aufhängemittel 7 sowie die Verbindungsmittel 12 hierbei in einer teilweisen Explosionszeichnung außerhalb des Stators 1 im Detail aufgezeigt. Über die in den Mittelaufnahmen 6 angeordneten Aufhängemittel 7 ist der Stator 1 entsprechend in den in 5 gezeigten Statorlagern 8 des Gehäuses 4 aufgehängt, wobei zwischen Statorlager 8 und Kopf 9 sowie Statorlager 8 und dem Kopf 9 abgewandten Endabschnitt 10 des Schafts 11 des jeweilig in dem Statorlager 8 angeordneten Aufhängemittels 7 eine Pressverbindung ausgebildet ist. Der Stator 1 verfügt wie zu erkennen über vier Mittelaufnahmen 6, wobei in zwei der Mittelaufnahmen 6 Aufhängemittel 7 und in den weiteren zwei Mittelaufnahmen 6 die Verbindungsmittel 12 angeordnet sind, welche die Statorlamellen 2, 3 untereinander verbinden. Der Stator 1 ist hierbei aus einer Vielzahl dieser aneinander angeordneten Statorlamellen 2, 3 aufgebaut und weist in seine Umfangsrichtung verlaufende Kühlmitteldurchlässe 5 auf, wobei diese über einen Drehversatz der Statorlamellen 2 des Stators 1 zueinander ausgeführt sind. Hierbei sind die Kühlmitteldurchlässe 5 in den von der äußeren Mantelfläche des Stators 1 radial nach außen gerichtet ausgeformten Mittelaufnahmen 6 ausgebildet.
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Den 2a bis 2c sowie 3a und 3b ist der Aufbau des Stators 1 zu entnehmen, wobei die 2c einen Kern des Stators 1 darstellt, welcher aus den aufgezeigten Statorlamellen 2 besteht. Die den Stator 1 hierbei in Längsrichtung kopf- sowie fußseitig nicht abschließenden Statorlamellen 2 weisen jeweils zwei Teilaufnahmen 13 auf, die je einen Teil der Mittelaufnahmen 6 ausbilden und - wie unter anderem in 2a dargestellt - an der jeweiligen Statorlamelle 2 um 180 Grad zueinander drehversetzt ausgeformt sind. Dabei weisen die im Stator 1 jeweils aneinander angrenzend oder auch benachbart aneinander angeordneten und hierbei zwei Teilaufnahmen 13 aufweisenden Statorlamellen 2 jeweils gegenüber einander einen Drehversatz von 90 Grad auf, sodass aufgrund dieser Anordnung die in der jeweiligen Mittelaufnahme 6 aufgrund des Drehversatzes alternierend entstehenden Freiräume die Kühlmitteldurchlässe 5 ausbilden. Der Drehversatz von 90 Grad ist exemplarisch 2b zu entnehmen. Die 3a und 3b zeigen den in 2c beschriebenen Kern des Stators 1, welcher kopf- sowie fußseitig durch die vier Teilaufnahmen 13 aufweisenden Statorlamellen 3 abgeschlossen wird. Die Teilaufnahmen 13 einer jeweiligen, entsprechend vier Teilaufnahmen 13 aufweisenden Statorlamelle 3 sind dabei in einem Winkel von 90 Grad zueinander drehversetzt ausgeformt und bilden mit den Teilaufnahmen 13 der zwei Teilaufnahmen 13 aufweisenden Statorlamellen 2 die Mittelaufnahmen 6.
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In den 4a und 4b sind eine Detaildarstellung eines Kamm-Abstandshalters 14 sowie ein Stator 1 mit an den Mittelaufnahmen 6 des Stators 1 angeordneten Kamm-Abstandhaltern 14 aufgezeigt. Der Kamm-Abstandshalter 14 weist hierbei seinerseits den Kamm-Rücken 15 und an dem Kamm-Rücken 15 ausgeformte Doppelzinken 16 auf, wobei die Doppelzinken 16 quer zum Kamm-Rücken 15 ausgeformt sind. Der Kamm-Abstandshalter 14 und im Speziellen die Doppelzinken 16 des Kamm-Abstandshalters 14 sind dabei derart ausgeführt, dass die in die Kühlmitteldurchlässe 5 der jeweiligen Mittelaufnahme 6 eingreifenden Doppelzinken 16 die Kühldurchlässe 5 nicht verschließen.
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5 zeigt die Anordnung des Stators 1 im Gehäuse 4 der elektrischen Maschine, wobei der Stator 1 über die zwei in den Mittelaufnahmen 6 angeordneten Aufhängemittel 7 in den zwei Statorlagern 8 des Gehäuses 4 der elektrischen Maschine aufgehängt ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Stator
- 2
- Statorlamelle
- 3
- Statorlamelle
- 4
- Gehäuse
- 5
- Kühlmitteldurchlass
- 6
- Mittelaufnahme
- 7
- Aufhängemittel
- 8
- Statorlager
- 9
- Kopf
- 10
- Endabschnitt
- 11
- Schaft
- 12
- Verbindungsmittel
- 13
- Teilaufnahmen
- 14
- Kamm-Abstandshalter
- 15
- Kamm-Rücken
- 16
- Doppelzinken
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10257889 A1 [0004]
- DE 102009010177 A1 [0005]
- EP 1592107 A2 [0006]
- DE 112011103343 T5 [0008]
- US 2014/0265662 A1 [0009]
