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Die Erfindung betrifft einen Stator eines Elektromotors, aufweisend eine Anzahl von Statorzähnen, welche Spulen einer mehrphasigen Statorwicklung tragen, und ein Verschaltungselement mit einer Anzahl von Stecktaschen mit darin eingesetzten Kontaktelementen mit jeweils mindestens einem Schneidklemmkontakt als Verschaltungspunkt für einen Drahtabschnitt miteinander verbundener Spulen. Die Erfindung betrifft weiterhin einen Elektromotor mit einem solchen Stator, sowie eine Kontaktvorrichtung für einen derartigen Stator.
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Heutzutage weisen viele Kraftfahrzeuge ein Antiblockiersystem (ABS, auch automatischer Blockierverhinderer ABV genannt) als integriertes Hilfssystem auf, welches die Fahrsicherheit erhöht und einen Verschleiß an den Laufflächen der Fahrzeugreifen reduziert. Bei einem Bremsvorgang des Kraftfahrzeugs wird der Bremsdruck durch das ABS wiederholt reduziert und erhöht (Druckmodulation), um einen möglichen Blockieren der Fahrzeugräder entgegenzuwirken. Dadurch werden die Lenkbarkeit und die Spurtreue des Kraftfahrzeugs während eines Bremsvorgangs wesentlich verbessert. Insbesondere bei nassen oder feuchten Fahrbahnen wird der Bremsweg des Kraftfahrzeugs mittels des ABS auch verringert.
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Solche ABS weisen in der Regel je Fahrzeugrad einen Raddrehzahlsensor zur Ermittlung der aktuellen Raddrehzahl, und einen Controller (Steuergerät) zur Auswertung der Sensorsignale auf. Die Bremskraft für jedes einzelne Fahrzeugrad wird hierbei in Abhängigkeit der ausgewerteten Signale gesteuert und/oder geregelt. Hierzu ist der Controller mit einem Bremsmotor zur Betätigung der Radbremsen gekoppelt.
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Derartige Bremsmotoren werden zunehmend häufig als sogenannte bürstenlose Elektromotoren (bürstenloser Gleichstrommotor, BLDC-Motor) ausgeführt, bei denen die verschleißanfälligen Bürstenelemente eines starren (mechanischen) Kommutators durch eine elektronische Kommutierung des Motorstroms ersetzt sind.
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Ein bürstenloser Elektromotor als elektrische (Drehstrom-)Maschine weist einen Stator mit einem Statorblechpaket mit einer Anzahl von beispielsweise sternförmig angeordneten Statorzähnen auf, welche eine elektrische Drehfeld- oder Statorwicklung in Form einzelner Statorspulen tragen, die ihrerseits aus einem Isolierdraht gewickelt sind. Die Spulen sind einzelnen Strängen oder Phasen der Maschine zugeordnet, und untereinander in einer vorbestimmten Weise verschaltet.
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Bei einem dreiphasigen Elektromotor weist der Stator eine Statorwicklung mit drei Phasen, und damit beispielsweise drei Phasenleiter oder Phasenwicklungen auf, die jeweils phasenversetzt mit elektrischem Strom beaufschlagt werden, um ein magnetisches Drehfeld zu erzeugen, in dem ein üblicherweise mit Permanentmagneten versehener Rotor oder Läufer rotiert. Die Phasenenden der Phasenwicklungen werden zur Ansteuerung des Elektromotors an eine Motorelektronik geführt. Die Spulen der Drehfeldwicklung werden beispielsweise mittels eines stirnseitig auf den Stator aufgesetzten Verschaltungselements in bestimmter Weise miteinander verschaltet. Die Art der Verschaltung ist durch das Wickelschema der Drehfeldwicklung bestimmt, wobei als Wickelschema eine Sternschaltung oder eine Dreiecksschaltung der Phasenwicklungen üblich ist.
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Zur Verschaltung wird der zu kontaktierende Drahtabschnitt des Wicklungsdrahts beispielsweise in eine hülsenartige Stecktasche des Verschaltungselements eingedrückt und mit einem in die Stecktasche einsteckbaren metallischen Schneidklemmkontakt (Klemmstecker) innerhalb der Stecktasche mechanisch fixiert. Der Schneidklemmkontakt weist typischerweise mindestens eine Schneide auf, die beim Einstecken in die Stecktasche die Isolierung des Isolierdrahts der Spulenwicklung derart durchtrennt, dass bei einem eingesteckten Schneidklemmkontakt eine Ader des Wicklungsdrahts mit dem Schneidklemmkontakt elektrisch leitfähig gekoppelt ist.
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Die Schneidklemmkontakte sind im Montagezustand über Phasenanschlüsse des Elektromotors oder des Stators mit der Motorelektronik zur Bestromung der Phasen kontaktiert. Für eine einfache und flexible Integration des Stators und/oder des Elektromotors in unterschiedlichen Anwendungen, beispielsweise in unterschiedlichen ABS, ist es notwendig, dass die Phasenanschlüsse mit einem jeweiligen kunden- oder anwendungsspezifischen Anschluss gekoppelt oder koppelbar sind.
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Aus der
DE 10 2015 200 093 A1 ist ein Stator eines Elektromotors mit einem ringförmigen Verschaltungselement bekannt. Die Phasenanschlüsse des Verschaltungselements sind hierbei als Schneidklemmkontakte ausgeführt, und weisen an einem freien axialen Ende jeweils einen Kontaktschlitz auf, in welchen ein Draht oder ein Klemmelement eines korrespondierenden Verbindungssteckers eines Kunden eingefügt werden kann. Die axial orientierten Phasenanschlüsse sind mittels jeweils zwei Haltewänden einer zugeordneten Halteaufnahme oder Stecktasche abgestützt, so dass die Phasenanschlüsse beim Einfügen des Kundensteckers nicht um- oder ausknicken.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen besonders geeigneten Stator für einen Elektromotor anzugeben. Insbesondere soll eine besonders einfache und flexible Kontaktierung einer kundenspezifischen Stromquelle oder eines kundenspezifischen Steckverbinders mit den Verschaltungspunkten der Statorwicklung realisiert werden. Der Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe zugrunde, einen besonders geeigneten Elektromotor mit einem solchen Stator, sowie eine Kontaktvorrichtung für einen derartigen Stator anzugeben.
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Hinsichtlich des Stators wird die Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und hinsichtlich des Elektromotors mit den Merkmalen des Anspruchs 9 sowie hinsichtlich der Kontaktvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 10 erfindungsgemäß gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche. Die im Hinblick auf den Stator angeführten Vorteile und Ausgestaltungen sind sinngemäß auch auf den Elektromotor und/oder die Kontaktvorrichtung übertragbar und umgekehrt.
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Der erfindungsgemäße Stator ist für einen insbesondere bürstenlosen Elektromotor geeignet und eingerichtet. Der Stator weist beispielsweise ein Statorblechpaket mit einer Anzahl von beispielsweise sternförmig angeordneten Statorzähnen auf. Die Statorzähne tragen eine mehrphasige Stator- oder Drehfeldwicklung. Dies bedeutet, dass die Statorzähne mit einem Wickel- oder Spulendraht umwickelt sind. Die Statorwicklung ist vorzugsweise in Form mehrerer Spulen ausgeführt, wobei die Spulen geeigneterweise unter Bildung von Phasensträngen phasenselektiv miteinander verbunden sind.
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Der Stator weist weiterhin ein beispielsweise scheiben- oder (kreis-)ringförmiges Verschaltungselement auf, welches insbesondere polschuhseitig auf eine Stirnseite des Statorblechpaket aufgesetzt ist. Das Verschaltungselement ist mit einer Anzahl von Stecktaschen mit darin eingesetzten oder eingepressten Kontaktelementen ausgeführt. Die Stecktaschen sind hierbei beispielsweise einstückig, also einteilig oder monolithisch, an das Verschaltungselement angeformt. Die Stecktaschen weisen hierbei beispielsweise jeweils einen tangential gerichteten Steckschlitz auf, in welche Kontaktelemente mit jeweils mindestens einem Schneidklemmkontakt als Verschaltungspunkt für einen Drahtabschnitt miteinander verbundener Spulen eingesetzt sind.
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Der Stator weist weiterhin eine auf das Verschaltungselement zumindest abschnittsweise aufgesetzte Kontaktvorrichtung auf. Die Kontaktvorrichtung ist beispielsweise kreis- oder (kreis-)ringsektorförmig ausgeführt, und weist ein Kontaktgehäuse (Kontaktträger) mit einer insbesondere einstückig daran angeformten Anschlussbuchse oder Anschlussdose mit einer Anzahl der Phasen entsprechende Anzahl von Phasensteckverbindern auf.
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Die Kontaktvorrichtung weist hierbei eine der Anzahl der Phasen entsprechende Anzahl von Stromschienen mit jeweils einem ersten Schienenende und mit einem zweiten Schienenende auf. Die ersten Schienenenden sind hierbei flexibel oder beweglich an jeweils einen der Phasensteckverbinder kontaktiert, wobei die zweiten Schienenenden jeweils in einen Kontaktschlitz (Klemmschlitz, Kontaktspalt) eines der Kontaktelemente klemmkontaktierend eingesteckt oder einsteckbar sind. Mit anderen Worten greifen die zweiten Schienenenden beispielsweise nach Art eines Messerkontakts in den Kontaktschlitz des jeweils zugeordneten Kontaktelements kontaktierend ein. Die Kontaktschlitze der Kontaktelemente dienen somit zur Aufnahme zumindest eines Abschnitts der zweiten Schienenenden. Dadurch ist ein besonders vorteilhafter Stator eines Elektromotors realisiert.
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Die Kontaktvorrichtung ist hierbei insbesondere als eine kundenspezifische Schnittstelle des Stators beziehungsweise des Elektromotors ausgeführt oder ausführbar. Dadurch ist eine besonders einfache und flexible Kontaktierung des Stators mit einer kundenspezifischen Stromquelle oder mit einem kundenspezifischen Steckverbinder realisiert.
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Mittels der zusätzlichen Kontaktvorrichtung sind beispielsweise Positionstoleranzen der Kundenschnittstelle zu einem Controller oder einer elektronischen Steuerungseinheit (ECU) einer zugeordneten Motorelektronik ausgleichbar.
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Des Weiteren ist die Kontaktvorrichtung im Wesentlichen unabhängig von dem Verschaltungselement montierbar. Dies bedeutet, dass bei einer Montage des Stators oder des Elektromotors der Zusammenbau oder die Verschaltung der Statorwicklung mit dem Verschaltungselement und mit der Kontaktvorrichtung in getrennten oder separaten Montageschritten erfolgt. Mit anderen Worten wird die von den Statorzähnen getragene Statorwicklung mittels des Verschaltungselements, insbesondere unter Bildung von Phasensträngen phasenselektiv verschaltet, vormontiert und bereitgestellt. Anschließend ist unter Berücksichtigung von Anforderungen einer jeweils gewünschten Anwendung eine entsprechende Kontaktvorrichtung aufsetzbar.
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Dadurch weist der erfindungsgemäße Stator eine besonders hohe Flexibilität hinsichtlich einer Kundenschnittstelle auf, ohne dass hierbei Änderungen an dem bewickelten Statorpaket oder des Verschaltungselements notwendig sind.
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Durch die Stromschienen wird der Verdrahtungsaufwand bei der Montage der Kontaktvorrichtung vorteilhaft reduziert. Aufgrund der flexiblen oder beweglichen Kontaktierung zwischen den ersten Schienenenden und den Phasensteckverbindern ist eine besonders langlebige und stabile elektrische Verbindung realisiert, welche insbesondere hinsichtlich im Betrieb auftretender Vibrationen des Elektromotors und/oder des Stators geeignet und eingerichtet ist.
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Unter „axial“ oder einer „Axialrichtung“ wird hier und im Folgenden insbesondere eine Richtung parallel (koaxial) zur Drehachse des Elektromotors, also senkrecht zu den Stirnseiten des Stators verstanden. Entsprechend wird hier und im Folgenden unter „radial“ oder einer „Radialrichtung“ insbesondere eine senkrecht (quer) zur Drehachse des Elektromotors orientierte Richtung entlang eines Radius des Stators beziehungsweise des Elektromotors verstanden. Unter „tangential“ oder einer „Tangentialrichtung“ wird hier und im Folgenden insbesondere eine Richtung entlang des Umfangs des Stators oder des Elektromotors (Umfangsrichtung, Azimutalrichtung), also eine Richtung senkrecht zur Axialrichtung und zur Radialrichtung, verstanden.
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In einer vorteilhaften Ausführung weist das Kontaktgehäuse an seinem Außenumfang eine Anzahl von radial gerichteten Aussparungen auf, welche jeweils eine der zweiten Schienenenden freilegen. Mit anderen Worten sind die zweiten Schienenenden durch die Aussparungen freigestellt. Somit sind auch die Kontaktschlitze der Kontaktelemente des Verschaltungselements beim Aufsetzen der Kontaktvorrichtung zumindest teilweise zugänglich. Die Aussparungen sind somit im Wesentlichen als Fenster des Kontaktgehäuses ausgeführt. Im Zuge einer Montage ist somit ein Eingriff eines Einpresswerkzeuges möglich, mit welchem die zweiten Schienenenden betriebssicher in die jeweiligen Kontaktschlitze der zugeordneten Kontaktelemente einpressbar sind. Das Einpresswerkzeug greift hierbei in die jeweilige Aussparung als Zugang ein, um das entsprechende zweite Schienenende in den zugeordneten Kontaktschlitz einzupressen. Dadurch ist eine besonders einfache und betriebssichere Montage und Einpress- oder Klemm-Kontaktierung der Kontaktvorrichtung und somit des Stators realisiert. Insbesondere ist der Stator somit besonders einfach flexibel an unterschiedliche Kundenschnittstellen anpassbar.
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In einer geeigneten Weiterbildung sind die ersten Schienenenden jeweils mit einem biegeflexiblen Leiter, beispielsweise mittels einer Litze, an die Phasensteckverbinder kontaktiert. Dadurch ist eine konstruktiv besonders einfache und kostengünstige elektrische Verbindung zwischen den Stromschienen und den Phasensteckverbindern realisiert.
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In einer alternativen, ebenso geeigneten Weiterbildung weisen die Phasensteckverbinder jeweils eine biegeelastische Kontaktfahne als Federhaken oder Federlasche auf, an welcher die ersten Schienenenden federnd anliegend kontaktiert sind. Dies bedeutet, dass die Kontaktfahne als ein biegeelastischer Federschenkel ausgebildet ist, welcher unter einer gewissen Vorspannung an das vergleichsweise starre oder feste erste Schienenende geführt ist. Aufgrund der mechanischen Vorspannung wirkt hierbei stets zumindest eine gewisse Rückstellkraft, welche die Kontaktfahne in eine am ersten Schienenende anliegende - und somit elektrisch leitfähige - Stellung drängt. Die elektrische Verbindung ist somit im Wesentlichen durch eine schwimmende Lagerung der elektrischen Kontakte (Kontaktfahne, Schienenende) mittels einer elastischen Biegung realisiert. Dadurch ist eine zuverlässige und betriebssichere elektrische Verbindung realisiert.
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Die Stromschienen sind vorzugsweise stoffschlüssig und/oder formschlüssig und/oder kraftschlüssig an oder in dem Kontaktgehäuse befestigt. Die Konjunktion „und/oder“ ist hier und im Folgenden derart zu verstehen, dass die mittels dieser Konjunktion verknüpften Merkmale sowohl gemeinsam als auch als Alternativen zueinander ausgebildet sein können.
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Unter einem „Stoffschluss“ oder einer „stoffschlüssigen Verbindung“ zwischen wenigstens zwei miteinander verbundenen Teilen wird hier und im Folgenden insbesondere verstanden, dass die miteinander verbundenen Teile an Ihren Kontaktflächen durch stoffliche Vereinigung oder Vernetzung (beispielsweise aufgrund von atomaren oder molekularen Bindungskräften) gegebenenfalls unter Wirkung eines Zusatzstoffs zusammengehalten werden.
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Unter einem „Formschluss“ oder einer „formschlüssigen Verbindung“ zwischen wenigstens zwei miteinander verbundenen Teilen wird hier und im Folgenden insbesondere verstanden, dass der Zusammenhalt der miteinander verbundenen Teile zumindest in einer Richtung durch ein unmittelbares Ineinandergreifen von Konturen der Teile selbst oder durch ein mittelbares Ineinandergreifen über ein zusätzliches Verbindungsteil erfolgt. Das „Sperren“ einer gegenseitigen Bewegung in dieser Richtung erfolgt also formbedingt.
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Unter einem „Kraftschluss“ oder einer „kraftschlüssigen Verbindung“ zwischen wenigstens zwei miteinander verbundenen Teilen wird hier und im Folgenden insbesondere verstanden, dass die miteinander verbundenen Teile aufgrund einer zwischen ihnen wirkenden Reibkraft gegen ein Abgleiten aneinander gehindert sind. Fehlt eine diese Reibkraft hervorrufende „Verbindungskraft“ (dies bedeutet diejenige Kraft, welche die Teile gegeneinander drückt, beispielsweise eine Schraubenkraft oder die Gewichtskraft selbst), kann die kraftschlüssige Verbindung nicht aufrecht erhalten und somit gelöst werden.
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In einer möglichen Ausbildung sind die Stromschienen beispielsweise als Einlegeteile ausgeführt, und mit dem Kontaktgehäuse umspritzt. Mit anderen Worten ist das Kontaktgehäuse im Wesentlichen als ein Spritzgussteil ausgeführt, wobei die Stromschienen in das Kontaktgehäuses formschlüssig und/oder kraftschlüssig eingebettet sind. Das Kontaktgehäuse wird hierbei insbesondere aus einem elektrisch nicht leitfähigen Kunststoff hergestellt. Dadurch ist eine konstruktiv besonders einfache und kostengünstig herstellbare Kontaktvorrichtung realisiert. Dies überträgt sich in der Folge vorteilhaft auf die Herstellungskosten des Stators.
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In einer alternativen Ausbildung weist das Kontaktgehäuse Nuten oder Fugen auf, in welche die Stromschienen (ein-)gefügt sind. Beispielsweise sind die Stromschienen form- und/oder kraftschlüssig in die Nuten eingepresst. Alternativ ist es beispielsweise möglich, dass die Stromschienen mittels eines Klebemittels stoffschlüssig in die Nuten eingeklebt sind. Ebenso möglich ist es beispielsweise, dass die Nuten im Bereich ihrer Seitenwände emporstehende Fortsätze aufweisen, welche nach einem Einsetzen der Stromschienen in die Nuten derart verformt oder umgeformt werden, dass die Stromschienen form- und/oder kraftschlüssig in den Nuten gehalten sind. Insbesondere ist es hierbei denkbar, dass die Stromschienen mittels Heißverstemmen der Fortsätze in den Nuten fixiert sind.
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In einer zweckmäßigen Ausführung weist das Kontaktgehäuse an einer dem Verschaltungselement zugewandten Unterseite (Innenseite) eine Anzahl von axial emporstehenden Auflageflächen als Funktions- oder Anlageflächen für eine axiale Abstützung der Kontaktvorrichtung an dem Verschaltungselement auf. Die Auflageflächen sind zur Begrenzung des Fügewegs beim axialen Aufsetzen der Kontaktvorrichtung auf das Verschaltungselement geeignet und eingerichtet. Mit anderen Worten bestimmen die Auflageflächen die (axiale) Endposition der Kontaktvorrichtung bei der Montage. Die Auflageflächen sind hierbei beispielsweise als lokal verstärkte Materialdicken oder Wandstärken des Kontaktgehäuses ausgeführt, welche die im Zuge der Montage auftretenden mechanischen Kräfte aufnehmen. Durch die Auflageflächen wird die Einpresstiefe der jeweiligen zweiten Schienenenden in die Kontaktschlitze der Kontaktelemente gezielt definiert, wobei die Auflageflächen der Kontaktvorrichtung geeigneterweise auf korrespondierenden Konturen des Verschaltungselements abgestützt sind. Dadurch ist eine besonders einfache und aufwandsreduzierte Montage des Stators gewährleistet.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung weist das Kontaktelement einen zum Schneidklemmkontakt beabstandeten zweiten Schneidklemmkontakt auf. Dies bedeutet, dass das Kontaktelement zwei Schneidklemmkontakte aufweist. Diese sind geeigneterweise zueinander beabstandet und zweckmäßigerweise auf derselben Seite des Kontaktelements vorgesehen. Geeigneterweise ist hierbei auch ein zweiter Kontaktschlitz des Kontaktelements vorgesehen. Die dann auf der gegenüberliegenden Seite des Kontaktelements vorgesehene beziehungsweise von dort zugänglichen Kontaktschlitze für die zweiten Schienenenden befinden sich geeigneterweise axial fluchtend zu den beiden Schneidklemmkontakten, jedoch auf der in Axialrichtung gegenüberliegenden Seite des Kontaktelements. Dadurch ist ein zweckmäßiges Kontaktelement des Stators realisiert.
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Der erfindungsgemäße Elektromotor ist insbesondere als ein bürstenloser Bremsmotor für ein Anti-Blockier-System eines Kraftfahrzeugs geeignet und eingerichtet. Der Elektromotor weist hierbei ein topfförmiges Motorgehäuse als Poltopf auf, welche stirnseitig mit einem Lagerschild verschlossen ist, wobei ein vorstehend beschriebener Stator in das Motorgehäuse eingesetzt ist. Durch den erfindungsgemäßen Stator ist hierbei ein besonders geeigneter Elektromotor realisiert, welcher insbesondere hinsichtlich unterschiedlicher Anwendungen oder Kundenanforderungen besonders einfach und flexibel an eine jeweilige Kundenschnittstelle anpassbar ist.
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Der Elektromotor ist beispielsweise als ein Innenläufermotor ausgeführt, bei welchem ein drehfest auf einer Motorwelle fixierter Rotor im Drehfeld eines außenseitigen, feststehenden (gehäusefesten) Stators rotiert. Die Motorwelle ist hierbei beispielsweise mittels eines Wälzlagers des Lagerschilds rotierbar gelagert. An einem Wellenende der Motorwelle ist beispielsweise ein Magnetgeber als ein Drehzahl- oder Positionsgeber des Rotors und/oder des Elektromotors vorgesehen sein. Das Lagerschild weist geeigneterweise eine Durchführöffnung, also einen Durchbruch oder eine Aussparung, für die Anschlussbuchse der Kontaktvorrichtung auf. Dies bedeutet, dass die Anschlussbuchse das Lagerschild durchgreift und diesem zumindest abschnittsweise axial übersteht. Dadurch ist eine besonders einfache Kontaktierung oder Anbindung des Elektromotors an eine Kundenschnittstelle realisiert.
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Die erfindungsgemäße Kontaktvorrichtung ist für einen Stator mit einer Anzahl von Statorzähnen, welche phasenselektiv verbundene Spulen einer mehrphasigen Statorwicklung tragen, und mit einem Verschaltungselement mit einer Anzahl von Stecktaschen mit darin eingesetzten Kontaktelementen mit jeweils mindestens einem Schneidklemmkontakt als Verschaltungspunkt für einen Drahtabschnitt miteinander verbundener Spulen, geeignet und eingerichtet.
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Die Kontaktvorrichtung weist hierbei ein Kontaktgehäuse mit einer Anschlussbuchse mit einer der Anzahl der Phasen entsprechenden Anzahl von Phasensteckverbindern auf, welches auf das Verschaltungselement axial aufgesetzt oder aufsetzbar ist. Hierbei ist eine der Anzahl der Phasen entsprechenden Anzahl von Stromschienen mit jeweils einem ersten und einem zweiten Schienenende vorgesehen, wobei die ersten Schienenenden flexibel oder beweglich an jeweils einen der Phasensteckverbinder kontaktiert sind, und wobei die zweiten Schienenenden jeweils in einen Kontaktschlitz eines der Kontaktelemente klemmkontaktierend eingesteckt oder einsteckbar sind. Dadurch ist eine besonders geeignete Kontaktvorrichtung, insbesondere in Form einer konfigurierbaren oder austauschbaren Kundenschnittstelle, realisiert.
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Nachfolgend sind Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
- 1 in perspektivischer Darstellung einen Elektromotor mit einem Motorgehäuse und mit einem Lagerschild,
- 2 in perspektivischer Darstellung den Elektromotor ohne Lagerschild,
- 3 in Draufsicht den Elektromotor gemäß 2,
- 4 in perspektivischer Darstellung einen Stator des Elektromotors, mit einer Statorwicklung und mit einem ringförmigen Verschaltungselement sowie mit einer ringsektorförmigen Kontaktvorrichtung,
- 5 in perspektivischer Darstellung ein erstes Ausführungsbeispiel der Kontaktvorrichtung mit Blick auf eine Oberseite,
- 6 in perspektivischer Darstellung das erste Ausführungsbeispiel der Kontaktvorrichtung mit Blick auf eine Unterseite,
- 7 in perspektivischer Darstellung ausschnittsweise das Verschaltungselement und das erste Ausführungsbeispiel der Kontaktvorrichtung in einem teilweise auseinandergenommenen Zustand,
- 8 in perspektivischer Darstellung ein zweites Ausführungsbeispiel der Kontaktvorrichtung mit Blick auf eine Unterseite,
- 9 eine Schnittdarstellung des zweiten Ausführungsbeispiels der Kontaktvorrichtung entlang der Schnittlinie IX-IX gemäß 8,
- 10 in perspektivischer Darstellung ein drittes Ausführungsbeispiel der Kontaktvorrichtung mit Blick auf eine Unterseite, und
- 11 in Frontansicht ein Kontaktelement des Verschaltungselements.
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Einander entsprechende Teile und Größen sind in allen Figuren stets mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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Die 1 bis 4 zeigen einen bürstenlosen Elektromotor 2. Der Elektromotor 2 ist beispielsweise als ein Bremsmotor für ein Anti-Blockier-System (ABS) eines nicht näher gezeigten Kraftfahrzeugs ausgeführt.
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Der Elektromotor 2 weist einen Poltopf als Motorgehäuse 4 auf, welches stirnseitig mittels eines Lagerschilds 6 verschlossen ist. Das Lagerschild 6 weist eine zentrale Aussparung für eine Motorwelle (Rotorwelle) 8 auf. Im Bereich dieser Aussparung ist geeigneterweise ein Lagersitz 10 für ein Wälzlager 11 vorgesehen. Gegenüberliegend zum Lagersitz 10 ist ein Lagersitz 12 in den Boden des Motorgehäuses 4 angeformt (3, 4), in welchen ein zweites Wälzlager 13 (3) eingesetzt ist. Die Motorwelle 8 ist mittels der Wälzlager 11, 13 rotierbar um eine Motorachse gelagert. Das Lagerschild 6 weist radial außenseitig eine Durchführöffnung 14 auf, welche von einer Anschlussbuchse 16 eines Stators 18 (2) durchgriffen ist.
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Die Motorwelle 8 weist wellenendseitig einen drehfest fixierten Magnetgeber 20 auf. Der Magnetgeber 20 ist beispielsweise als ein magnetischer Dipolgeber in Form einer magnetischen Kappe ausgebildet. Im Einbauzustand des Elektromotors 2 ist der Magnetgeber 20 zweckmäßigerweise in der Nähe eines Magnetsensors oder Hallsensors angeordnet, so dass im Betrieb des Elektromotors 2 dessen Motordrehzahl und/oder Rotorposition durch das magnetische Wechselfeld des rotierenden Magnetgebers 20 überwachbar ist.
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Wie in der 2 und in der 3 vergleichsweise deutlich ersichtlich ist, ist der Elektromotor 2 als ein Innenläufermotor mit dem radial außenseitigen Stator 18 und einem wellenfest mit der Motorwelle 8 gefügten Rotor 22 ausgeführt. Der Rotor 22 ist im Montagezustand drehbar im Inneren des feststehenden Stators 18 um die Motordrehachse entlang einer Axialrichtung A drehbar gelagert. Der Rotor 22 ist (in nicht näher dargestellter Weise) durch ein Blechpaket gebildet, in das Permanentmagneten 24 zur Erzeugung eines Erregerfeldes eingesetzt sind. Die Permanentmagnete 24 sind in den Figuren lediglich beispielhaft mit Bezugszeichen versehen.
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Der Stator 18 weist ein nicht näher bezeichnetes Statorblechpaket mit einem umfangsseitigen Statorjoch auf, von welchem sich eine Anzahl von Statorzähnen 26 (4) radial nach innen erstrecken. Das Statorblechpaket ist mit einer Statorwicklung 28 zur Erzeugung eines magnetischen Drehfelds versehen.
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In dem gezeigten Ausführungsbeispiel weist der Stator 18 eine dreiphasige Statorwicklung 28 auf, welche in Form von (Stator-)Spulen 30 auf die Statorzähne 26 gewickelt ist. Die lediglich beispielhaft mit Bezugszeichen versehenen Spulen 30 sind unter Bildung von Phasensträngen oder Phasenwicklungen phasenselektiv miteinander verbunden. Das Statorblechpaket weist in dieser Ausführung eine etwa sternförmige Anordnung mit zwölf nach innen gerichteten Statorzähnen 26 auf, wobei pro Phase der Statorwicklung 28 eine Phasenwicklung um jeweils zwei benachbarte Statorzähne 26 sowie um die zwei im Statorblechpaket hierzu diametral gegenüberliegend angeordneten Statorzähne 26 zur Bildung eines Magnetpols gewickelt ist.
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Die drei Phasenwicklungen werden im Betrieb des Elektromotors 2 mit einem elektrischen Strom durchflossen und bilden somit sechs magnetische Polbereiche des Stators 18. Zur Führung, Verlegung und Verschaltung der Phasenwicklungen auf den Statorzähnen 26 weist der Stator 18 zwei Verlege- oder Verschaltungsringe als Verschaltungselemente 32 auf. Die Verschaltungselemente 32 werden hierbei jeweils auf eine der Stirnseiten des Statorblechpakets axial aufgesteckt. In den Figuren ist hierbei lediglich das dem Lagerschild 6 zugewandte Verschaltungselement 32 gezeigt und mit Bezugszeichen versehen.
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Die aus einem isolierenden Kunststoffmaterial hergestellten ringförmigen Verschaltungselemente 32 weisen jeweils einen Ringkörper 34 auf, an den statorblechseitig zwölf halbhülsenartige Spulenkörper 36 als polschuhartige Aufnahmen für die Statorzähne 26 angeformt sind (7). Im aufgesteckten Zustand werden die Statorzähne 26 somit im Wesentlichen von den isolierenden Spulenkörpern 36 der Verschaltungselemente 32 derart umgeben, dass lediglich die polschuhseitigen Enden der Statorzähne 26 freistehend sind (4).
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Die Spulen 30 oder Phasenwicklungen werden auf die Spulenkörper 36 der Verschaltungselemente 32 um die Statorzähne 26 mit einem isolierten Kupferdraht (Spulendraht, Wickeldraht) herumgewickelt. Damit im gewickelten Zustand die Spulen 30 sich nicht von den Spulenkörpern 36 lösen, weist jeder Spulenkörper 36 einen in Bezug auf das Statorblechpaket radial innenseitigen Innenflansch und einen radial hierzu nach außen versetzten Außenflansch als begrenzende Seitenwände auf.
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Das in den Figuren gezeigte obere, also lagerschildseitige, Verschaltungselement 32 weist eine segmentierte, kreisringartige Wandung als Terminierung 38 auf. Wie insbesondere in 7 ersichtlich ist, steht die Terminierung 38 dem Statorblechpaket im Montagezustand entlang der Axialrichtung A axial über. Bei der Wicklung der Spulen 30 werden die Spulen- oder Wicklungsdrähte im Zuge des Wickelverfahrens durch die Terminierung 38 umfangsseitig hinter den Statorzähnen 26 zur Bildung der Magnetpole geführt.
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Zur Bildung der Phasenstränge oder Phasenwicklung werden die Spulen 30 an ihren Spulenenden und/oder einem dazwischen liegenden Drahtabschnitt (Spulenabschnitt) miteinander elektrisch verschaltet. Hierzu weist das Verschaltungselement 32 sechs umfangsseitig verteilt angeordnete Stecktaschen 40 auf, welche einteilig, also einstückig oder monolithisch, an den Ringkörper 34 angeformt sind.
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Die Stecktaschen 40 sind insbesondere als Stecktaschenpaare ausgebildet, welche jeweils zwei tangential verlaufende, axial einseitig offene Steckschlitze 42 aufweisen. Die Stecktaschen 40 weisen hierbei jeweils zwei radial gerichtete Schlitze 44 auf, durch welche die Drahtabschnitte der Spulen 30 geführt sind.
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In die Stecktaschen 40 ist jeweils ein metallisches Kontaktelement 46 als Klemmstecker eingesetzt oder eingepresst. Das in 11 einzeln dargestellte Kontaktelement 46 weist hierbei zwei Schneidklemmkontakte 48 als Verschaltungspunkte der in den Schlitzen 44 einsitzenden Spulenabschnitte auf. Das Kontaktelement 46 ist also als ein Schneidklemmkontaktpaar oder als ein doppelter Schneidklemmkontakt-Stecker (Doppel IDC) ausgeführt. Im Montagezustand ist hierbei jeweils ein Schneidklemmkontakt 48 in einen der Steckschlitze 42 der Stecktasche 40 eingesetzt.
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Die Schneidklemmkontakte 48 sind zueinander beabstandet angeordnet, und auf derselben Seite des Kontaktelements 46 vorgesehen. Auf der axial gegenüberliegenden Seite des Kontaktelements 46 sind zwei von dort zugängliche Klemm- oder Kontaktschlitze 50 vorgesehen, welche axial fluchtend zu den Schneidklemmkontakten 48 angeordnet sind. Im klemmkontaktierten Zustand der Spulen sind die Kontaktschlitze 50 zumindest abschnittsweise radial fluchtend zu den Schlitzen 44 angeordnet. Die Stecktaschen 40 und die Kontaktelemente 46 sind in den Figuren lediglich beispielhaft mit Bezugszeichen versehen.
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Wie in den 1 bis 4 ersichtlich ist, ist im Montagezustand des Stators 18 eine Kontaktvorrichtung 52 axial auf das lagerschildseitige Verschaltungselement 32 aufgesetzt. Die Kontaktvorrichtung 52 ist als eine kundenspezifische Schnittstelle des Stators 18 beziehungsweise des Elektromotors 2 ausgeführt. Die Kontaktvorrichtung 52 ist nachfolgend insbesondere anhand der 5 bis 10 näher erläutert.
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Die beispielsweise in 5 einzeln dargestellte Kontaktvorrichtung 52 ist ringsektorförmig ausgeführt, und weist ein Kontaktgehäuse (Kontaktträger) 54 mit der insbesondere einstückig daran angeformten Anschlussbuchse 16 auf. Die ringsektorförmige Kontaktvorrichtung 52 erstreckt sich hierbei beispielsweise über einen Winkelbereich von etwa 120°. Die Anschlussdose 16 weist hierbei drei integrierte Phasensteckverbinder 56 zur elektrisch leitenden Verbindung, also zum Anschluss oder zur Kontaktierung der Statorwicklung 28, auf (7).
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Die Phasensteckverbinder 56 sind hierbei als verrastbare oder verklipsbare Steckeraufnahmen oder Steckerbuchsen für eine kundenspezifische Stromquelle oder für einen kundenspezifischen Steckverbinder oder Stecker ausgeführt. Die Phasensteckverbinder 56 weisen weiterhin jeweils eine Kontaktfahne 58 auf, an welche jeweils eine Stromschiene 60a, 60b, 60c geführt und elektrisch leitfähig kontaktiert ist.
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Die Stromschienen 60a, 60b, 60c sind jeweils als ein etwa L-förmiges Stanzbiegeteil ausgeführt. Die Stromschienen 60a, 60b, 60c weisen jeweils ein erstes Schienenende 62a, 62b, 62c und ein zweites Schienenende 64a, 64b, 64c auf, welche im Wesentlichen die Freienden der jeweiligen L-Schenkel bilden. Die Schienenenden 62a, 62b, 62c sind hierbei flexibel oder beweglich an die Phasensteckverbinder 56 beziehungsweise an deren Kontaktfahne 58 kontaktiert, wobei die insbesondere radial orientierten oder ausgerichteten Schienenenden 64a, 64b, 64c jeweils in einen Kontaktschlitz 50 eines der Kontaktelemente 46 klemmkontaktierend eingesteckt oder einsteckbar sind (vgl. bspw. 7).
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Das Kontaktgehäuse 54 weist an seinem Außenumfang eine Anzahl von radial gerichteten und tangential verlaufenden Aussparungen 66 auf. Wie beispielsweise anhand der 6, 8 und 10 ersichtlich ist, legen die Aussparungen 66 im Wesentlichen die Schienenenden 64a, 64b, 64c frei. Wie insbesondere anhand der 2 bis 4 ersichtlich ist, sind auch die Kontaktschlitze 50 der Kontaktelemente 46 des Verschaltungselements 32 bei aufgesetzter Kontaktvorrichtung 52 zumindest teilweise durch die Aussparungen 66 zugänglich. Die Aussparungen 66 sind somit als Fenster des Kontaktgehäuses 54 ausgeführt, welche im Zuge einer Montage einen Eingriff eines Einpresswerkzeuges ermöglichen.
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Nachfolgend ist anhand der 6 und der 7 ein erstes Ausführungsbeispiel der Kontaktvorrichtung 52 näher erläutert.
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In dieser Ausführungsform sind die Stromschienen 60a, 60b, 60c als Einlegeteile ausgeführt, und mit dem Material des Kontaktgehäuses 54 derart umspritzt, so dass lediglich die Schienenenden 62a, 62b, 62c und 64a, 64b, 64c freiliegen. Das Kontaktgehäuse 54 ist hierbei aus einem elektrisch nicht leitfähigen Kunststoff hergestellt.
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In diesem Ausführungsbeispiel ist zwischen den Schienenenden 62a, 62b, 62c und den jeweils zugeordneten Kontaktfahnen 58 jeweils ein biegeflexibler Leiter 68 in Form einer Litze angeordnet.
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Das Kontaktgehäuse 54 weist an einer dem Verschaltungselement 32 zugewandten Unterseite (Innenseite) vier axial emporstehenden Auflageflächen 70 als Funktions- oder Anlageflächen für eine axiale Abstützung der Kontaktvorrichtung 52 an dem Verschaltungselement 32 auf. Die Auflageflächen 70 sind hierbei entlang eines Kreisbogens verteilt im Bereich des Außenumgangs des Kontaktgehäuses 54 angeordnet.
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Die Auflageflächen 70 sind zur Begrenzung des Fügewegs beim axialen Aufsetzen der Kontaktvorrichtung 52 auf das Verschaltungselement 32 geeignet und eingerichtet. Die Auflageflächen 70 sind als lokal verstärkte Materialdicken oder Wandstärken des Kontaktgehäuses 54 ausgeführt. Durch die Auflageflächen 70 wird die Einpresstiefe der Schienenenden 64a, 64b, 64c in die Kontaktschlitze 50 der Kontaktelemente 46 gezielt definiert, wobei die Auflageflächen 70 der Kontaktvorrichtung 52 auf korrespondierenden Konturen des Verschaltungselements 32 abgestützt sind.
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Das in der 8 und in der 9 gezeigte zweite Ausführungsbeispiel der Kontaktvorrichtung 52 unterscheidet sich von der vorstehend beschriebenen Ausführungsform im Wesentlichen dahingehend, dass die Stromschienen 60a, 60b, 60c nicht als Einlegeteile ausgeführt sind, und dass die Kontaktfahnen 58' der Phasensteckverbinder 56 axial (um-)gebogen sind.
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Zum Fügen der Stromschienen 60a, 60b, 60c mit dem Kontaktgehäuse 54 weist dieses drei Nuten oder Fugen 72 auf, in welche die Stromschienen 60a, 60b, 60c form- und/oder kraftschlüssig eingesetzt sind. Zusätzlich oder alternativ ist es beispielsweise möglich, dass die Stromschienen 60a, 60b, 60c mittels eines Klebemittels stoffschlüssig in die Nuten 72 eingeklebt sind.
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In dieser Ausführungsform weisen die Schienenenden 62a, 62b, 62c jeweils einen etwa haken- oder bogenförmigen Schienenfortsatz 74a, 74b, 74c auf. Wie insbesondere anhand der Schnittdarstellung der 9 vergleichsweise deutlich ersichtlich ist, sind die Schienenfortsätze 74a, 74b, 74c hierbei jeweils in einem elektrisch leitfähigen Berührungskontakt mit der jeweils zugeordneten Kontaktfahne 58', wobei in der 9 beispielhaft lediglich der mit der Stromschiene 60a verbundene Phasensteckverbinder 56 gezeigt ist.
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Die Kontaktfahne 58' ist in diesem Ausführungsbeispiel biegeelastisch als Federhaken oder Federlasche oder Federschenkel des Phasensteckverbinders 56 ausgeführt, an welcher die Schienenenden 62a, 62b, 62c federnd oder schwimmend anliegend kontaktiert sind.
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In der 10 ist ein drittes Ausführungsbeispiel der Kontaktvorrichtung 52 gezeigt. Wie in dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel sind die Stromschienen 60a, 60b, 60c in Nuten 72 des Kontaktgehäuses 54 eingesetzt, wobei die Seitenwände der Nuten 72 hierbei jeweils mindestens ein Fügefortsatzpaar 76 aufweisen. Insbesondere weisen die Nuten 72 der Stromschienen 60a und 60c jeweils ein Fügefortsatzpaar 76 und die Nut 72 der Stromschiene 60b zwei Fügefortsatzpaare 76 auf.
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Die Fügefortsatzpaare 76 weisen zwei axial gerichtete Fortsätze auf, welche nach einem Einsetzen der Stromschienen 60a, 60b, 60c in die Nuten 72 derart verformt oder umgeformt werden, dass die Stromschienen 60a, 60b, 60c form- und/oder kraftschlüssig in den Nuten 72 gehalten sind. Die Fügefortsatzpaare 76 werden hierbei insbesondere mittels Heißverstemmen umgeformt.
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Die beanspruchte Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr können auch andere Varianten der Erfindung von dem Fachmann hieraus im Rahmen der offenbarten Ansprüche abgeleitet werden, ohne den Gegenstand der beanspruchten Erfindung zu verlassen. Insbesondere sind ferner alle im Zusammenhang mit den verschiedenen Ausführungsbeispielen beschriebenen Einzelmerkmale im Rahmen der offenbarten Ansprüche auch auf andere Weise kombinierbar, ohne den Gegenstand der beanspruchten Erfindung zu verlassen.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- Elektromotor
- 4
- Motorgehäuse
- 6
- Lagerschild
- 8
- Motorwelle
- 10
- Lagersitz
- 11
- Wälzlager
- 12
- Lagersitz
- 13
- Wälzlager
- 14
- Durchführöffnung
- 16
- Anschlussbuchse
- 18
- Stator
- 20
- Magnetgeber
- 22
- Rotor
- 24
- Permanentmagnet
- 26
- Statorzahn
- 28
- Statorwicklung
- 30
- Spule
- 32
- Verschaltungselement
- 34
- Ringkörper
- 36
- Spulenkörper
- 38
- Terminierung
- 40
- Stecktasche
- 42
- Steckschlitz
- 44
- Schlitz
- 46
- Kontaktelement
- 48
- Schneidklemmkontakt
- 50
- Kontaktschlitz
- 52
- Kontaktvorrichtung
- 54
- Kontaktgehäuse
- 56
- Phasensteckverbinder
- 58, 58'
- Kontaktfahne
- 60a, 60b, 60c
- Stromschiene
- 62a, 62b, 62c
- Schienenende
- 64a, 64b, 64c
- Schienenende
- 66
- Aussparung
- 68
- Leiter
- 70
- Auflagefläche
- 72
- Nut
- 74a, 74b, 74c
- Schienenfortsatz
- 76
- Fügefortsatzpaar
- A
- Axialrichtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102015200093 A1 [0009]
