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Die Erfindung betrifft einen Rotor für eine elektrische Maschine, wobei der Rotor wenigstens eine Polbaugruppe aus einer Mehrzahl von Polkomponenten umfasst, und die Polkomponenten bezogen auf eine Längsrichtung des Rotors eine zickzack-förmige Schrägung aufweisen. Zudem betrifft die Erfindung eine elektrische Maschine mit dem erfindungsgemäßen Rotor, sowie ein Kraftfahrzeug mit der erfindungsgemäßen elektrischen Maschine.
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Rotoren für elektrische Maschinen sind grundsätzlich bekannt. Die bekannten Rotoren weisen in der Regel eine Mehrzahl von in Längsrichtung des Rotors hintereinander angeordneter Blechpaketsegmente auf. Innerhalb der Blechpaketsegmente sind Aufnahmen und/oder Taschen zur Aufnahme von Polkomponenten ausgebildet. Bekannt ist weiterhin, dass die Blechpaketsegmente derart zueinander angeordnet werden, dass diese in Umfangsrichtung zueinander versetzt angeordnet und/oder ausgebildet sind, sodass die Polkomponenten einer Polbaugruppe beispielsweise eine lineare Schrägung in Umfangsrichtung des Rotors aufweisen. Eine lineare Schrägung ist jedoch nicht für jede elektrische Maschine optimal und kann das Vibrations- und/oder Geräuschverhalten der elektrischen Maschine negativ beeinflussen.
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Weitere Rotoren mit Polbaugruppen, die unterschiedliche Versatzpositionen aufweisen, sind beispielsweise aus der
WO 2008 / 062 701 A1 , der
CN 2 09282 958 U und der
DE 10 2006 033 718 A1 bekannt.
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Es ist die Aufgabe der Erfindung, einen Rotor für eine elektrische Maschine anzugeben, mit dem eine Vibrations- und/oder Geräuschentwicklung der elektrischen Maschine reduziert werden kann.
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Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des Patentanspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Figuren angegeben, wobei jedes Merkmal sowohl einzeln als auch in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen kann.
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Erfindungsgemäß ist ein Rotor für eine elektrische Maschine vorgesehen, mit einer Mehrzahl von ringförmig ausgebildeten Blechpaketsegmenten, die in Längsrichtung des Rotors hintereinander angeordnet sind, wobei jedes Blechpaketsegment wenigstens eine Tasche mit einer darin angeordneten Polkomponente aufweist, die parallel zur Längsrichtung des Rotors eine Seitenfläche umfasst, wobei die in Längsrichtung des Rotors hintereinander angeordneten Polkomponenten eine Polbaugruppe ausbilden, und die Polbaugruppe eine erste Untergruppe, und eine an die erste Untergruppe in axialer Richtung des Motors angrenzende zweite Untergruppe aufweist, die erste Untergruppe wenigstens drei Komponenten umfasst, und die zweite Untergruppe eine Polkomponente aufweist, die Blechpaketsegmente derart in Umfangsrichtung zueinander versetzt angeordnet sind, dass die Polkomponenten der ersten Untergruppe in einer ersten Richtung versetzt zueinander angeordnet sind, wobei die Seitenflächen der Polkomponenten der ersten Untergruppe einen Versatz zueinander aufweisen, sodass alle Polkomponenten der ersten Untergruppe verschiedene Versatzpositionen einnehmen, und die Polkomponente der zweiten Untergruppe eine Versatzposition aufweist, die zwischen den Versatzpositionen der Polkomponenten der ersten Untergruppe, die den größten Abstand und die den kleinsten Abstand zur Polkomponente der zweiten Untergruppe in axialer Richtung des Rotors aufweisen, liegt, wobei der Rotor eine Mehrzahl erster Untergruppen aufweist, die in axialer Richtung des Rotors hintereinander angeordnet sind.
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Mit anderen Worten ist es ein Aspekt der vorliegenden Erfindung, dass ein Rotor für eine elektrische Maschine bereitgestellt wird, der eine Mehrzahl ringförmig ausgebildeter Blechpaketsegmente aufweist, die in axialer Richtung des Rotors hintereinander angeordnet sind. Die jeweiligen Blechpaketsegmente weisen in der Regel eine Mehrzahl von Blechscheiben auf, die innerhalb eines Blechpaketsegments identisch sind und zu einem Blechpaketsegment zusammengefasst bzw. miteinander verbunden werden.
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Jedes Blechpaketsegment weist wenigstens eine Tasche mit einer darin angeordneten Polkomponente auf. In der Regel weist jedes Blechpaket eine Mehrzahl von in Umfangsrichtung zueinander beabstandeter Taschen auf, wobei in jeder Tasche eine Polkomponente angeordnet wird. Die Polkomponente kann auch als Magnet oder insbesondere als Permanentmagnet bezeichnet werden.
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Die in den jeweiligen Blechpaketsegment angeordnete Polkomponente weist in einer Richtung parallel zur Längsrichtung des Rotors eine Seitenfläche auf. In Abhängigkeit der Ausbildung bzw. Anordnung der Tasche in dem jeweiligen Blechpaketsegment ist die Seitenfläche vorzugsweise in einer tangentialen Richtung oder in einer Umfangsrichtung des Blechpaketsegments ausgerichtet. Die in Längsrichtung des Rotors hintereinander angeordneten Polkomponenten bilden eine Polbaugruppe aus. Die Polbaugruppe umfasst eine erste Untergruppe und eine an die erste Untergruppe in axialer Richtung des Motors angrenzende zweite Untergruppe. Dabei ist vorgesehen, dass die erste Untergruppe wenigstens drei Polkomponenten umfasst. Mit anderen Worten kann die erste Untergruppe beispielsweise drei, vier, fünf, sechs, sieben oder mehrere Polkomponenten aufweisen. Die zweite Untergruppe weist lediglich eine Polkomponente auf.
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Die Polkomponenten der ersten Untergruppe sind in einer ersten Richtung derart versetzt zueinander angeordnet, dass die Seitenflächen der Polkomponenten der ersten Untergruppe einen Versatz zueinander aufweisen, sodass alle Polkomponenten der ersten Untergruppe verschiedene Versatzpositionen einnehmen. Demnach ist vorgesehen, dass die Polkomponenten der ersten Untergruppe in einer ersten Richtung bzw. ersten Drehrichtung der Blechpaketsegmente zueinander verdreht sind, sodass diese in der ersten Untergruppe eine lineare Schrägung aufweisen. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Rotor eine Mehrzahl erster Untergruppen aufweist, die in axialer Richtung des Rotors hintereinander angeordnet sind. Mit anderen Worten ist vorgesehen, dass der Rotor zwei hintereinander angeordnete erste Untergruppen aufweist, wobei die Versatzpositionen der jeweiligen Polkomponenten der aufeinanderfolgenden ersten Untergruppen identisch ist.
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Die Polkomponente der zweiten Untergruppe weist eine Versatzposition auf, die zwischen den Versatzpositionen der Polkomponenten der ersten Untergruppe, die den größten Abstand und die den kleinsten Abstand zur Polkomponente der zweiten Untergruppe in axialer Richtung des Rotors aufweist, liegt. Mit anderen Worten liegt die Versatzposition der Polkomponente der zweiten Untergruppe zwischen der jeweiligen Versatzposition der Polkomponenten, die in der ersten Untergruppe angeordnet sind und den größten Abstand in axialer Richtung des Rotors zur Polkomponente der zweiten Untergruppe aufweisen und die den kleinsten Abstand in axialer Richtung des Rotors zur Polkomponente der zweiten Untergruppe aufweist. Somit wird ein Rotor für eine elektrische Maschine bereitgestellt, wobei die Schrägung der Polkomponenten der Polbaugruppe zickzack-förmig ausgebildet ist.
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Der Rotor ist in der Regel rotierbar gelagert und über einen Luftspalt beabstandet zu einem den Rotor umgebenden Stator angeordnet. In diesem Luftspalt herrscht eine zeit- und ortsabhängige Kraftverteilung in radialer, tangentialer und axialer Richtung vor. Diese Kraftverteilung wird wesentlich beeinflusst durch den Aufbau des Rotors und kann den Stator anregen, und zu einer Vibration und/oder Geräuschentwicklung führen. Ein Rotor mit einer zickzack-förmigen Schrägung der Blechpaketsegmente bzw. der darin angeordneten Polkomponenten können die Einflüsse der in dem Stator wirkenden axialen, radialen und tangentialen Kräfte reduzieren, so dass das Noise Vibration Harshness Verhalten des Stators bzw. der elektrischen Maschine positiv beeinflusst wird.
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Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung liegt darin, dass alle Versatzpositionen der Polkomponenten innerhalb der Polbaugruppe voneinander verschieden sind. Dies bedeutet, dass die Versatzposition der Polkomponente der zweiten Untergruppe verschieden ist von den Versatzpositionen der Polkomponenten der ersten Untergruppe, die auch alle voneinander verschieden sind. Es ist jedoch nicht vorgesehen, dass die Polkomponente der zweiten Untergruppe linear fortlaufend zu den Polkomponenten der ersten Untergruppe geschrägt ist, sondern vielmehr in einer der ersten Richtung entgegengesetzten zweiten Richtung versetzt ist.
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Alternativ dazu liegt eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung darin, dass die Versatzposition der Polkomponente der zweiten Untergruppe eine Versatzposition der Polkomponente der ersten Untergruppe entspricht, wobei die Polkomponente der ersten Untergruppe dessen Versatzposition identisch zur Polkomponente der zweiten Untergruppe ist, zwischen den Polkomponenten der ersten Untergruppe, die den größten Abstand und die den kleinsten Abstand zur Polkomponente der zweiten Untergruppe in axialer Richtung des Rotors aufweist, liegt. Demnach ist vorgesehen, dass die Versatzposition der Polkomponente der zweiten Untergruppe ungleich ist zu der Versatzposition der ersten Polbaugruppe, die am weitesten von der Polkomponente der zweiten Untergruppe entfernt ist, und ungleich ist zu der Versatzposition der Polkomponente der ersten Untergruppe ist, die am nächsten zur Polkomponente der zweiten Untergruppe angeordnet ist.
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Grundsätzlich kann in einer Weiterbildung der Erfindung vorgesehen sein, dass die Versätze zwischen den Seitenflächen der Polkomponenten der ersten Untergruppe gleich groß sind. Auf diese Weise wird eine Schrägung der Polkomponenten der ersten Untergruppe angegeben, wobei der Versatzwinkel zwischen den aufeinanderfolgenden Polkomponenten bzw. Blechsegmenten des Rotors der ersten Untergruppe gleich ist.
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Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung liegt darin, dass die Versätze zwischen den Seitenflächen der Polkomponenten der ersten Untergruppe voneinander verschieden sind. Mit anderen Worten kann vorgesehen sein, dass ein erster Versatz zwischen den Seitenflächen zweiter aufeinanderfolgender Polkomponenten der ersten Untergruppe größer ist, als ein zweiter Versatz zweier aufeinanderfolgender Polkomponenten der ersten Untergruppe.
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Abschließend liegt eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung darin, dass der Rotor eine Mehrzahl von in Umfangsrichtung zueinander beabstandeten Polbaugruppen aufweist. Mit anderen Worten kann der Rotor zwei, drei, vier, fünf oder mehrere Polbaugruppen umfassen. Die Polbaugruppen sind dabei in Umfangsrichtung zueinander beabstandet angeordnet.
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Die Erfindung betrifft zudem eine elektrische Maschine mit dem erfindungsgemäßen Rotor.
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Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit der erfindungsgemäßen elektrischen Maschine.
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Weitere Merkmale ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie den nachfolgenden Ausführungsbeispielen. Die Ausführungsbeispiele sind nicht als einschränkend, sondern vielmehr als beispielhaft zu verstehen. Sie sollen den Fachmann in die Lage versetzen, die Erfindung auszuführen. Die Anmelderin behält sich vor, einzelne oder mehrere der in den Ausführungsbeispielen offenbarten Merkmale zum Gegenstand von Patentansprüchen zu machen oder solche Merkmale in bestehende Patentansprüche aufzunehmen.
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Die Ausführungsbeispiele werden anhand von Figuren näher erläutert. In diesen zeigen:
- 1 eine dreidimensionale Ansicht eines Rotors gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
- 2 eine Draufsicht auf ein Blechpaketsegment eines Rotors gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
- 3 bis 6 verschiedene Ausführungsbeispiele einer Anordnung von Polkomponenten innerhalb der Blechpaketsegmente eines Rotors.
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In 1 ist eine dreidimensionale Ansicht eines Rotors R für eine elektrische Maschine gezeigt. Der Rotor R weist eine Mehrzahl von ringförmig ausgebildeten Blechpaketsegmenten BS auf, die in einer Längsrichtung des Rotors R hintereinander angeordnet sind. Jedes Blechpaketsegment BS weist wenigstens eine Tasche T mit einer darin angeordneten Polkomponente PK auf. Die Polkomponente PK kann auch als Magnet, insbesondere als Permanentmagnet bezeichnet werden.
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Im vorliegenden Ausführungsbeispiel weisen die Blechpaketsegmente BS eine Mehrzahl von in Umfangsrichtung zueinander beabstandet angeordneter Taschen T auf, wobei die Taschen T eine rechteckige Öffnung aufweisen, die einen gradlinigen Verlauf in tangentialer Richtung des Blechpaketsegments BS aufweist. Grundsätzlich können die Taschen T auch V-förmig ausgebildet und/oder angeordnet sein, wie dies beispielhaft in 2 gezeigt ist.
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Bezogen auf das in 1 gezeigte Ausführungsbeispiel weisen die Polkomponenten PK in radialer Richtung des Rotors R eine Außenseite AS auf. Parallel zur Längsrichtung des Rotors R weisen die Polkomponenten PK eine Seitenfläche SF auf. Die in Längsrichtung des Rotors R hintereinander angeordneten Polkomponenten PK bilden eine Polbaugruppe PBG aus.
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Die Polbaugruppe PBG umfasst eine Mehrzahl erster Untergruppen U1, die in axialer Richtung des Rotors R hintereinander angeordnet sind. Jede Untergruppe U1 weist wenigstens drei Polkomponenten PK auf. Die zweite Untergruppe U2, die angrenzend an die Untergruppe U1 in axialer Richtung des Rotors R angeordnet ist, weist lediglich eine Polkomponente PK auf. Die Polkomponenten PK der ersten Untergruppe U1 und der zweiten Untergruppe U2 sind derart zueinander angeordnet, dass die Polbaugruppe PBG über deren Längsverlauf bzw. in Längsrichtung des Rotors R einen zickzack-förmigen Verlauf aufweist. Über den zickzack-förmigen Verlauf kann der Einfluss der - im Zuge einer Rotation des Rotors R um dessen Längsachse - in dem Stator wirkenden axialen, tangentialen und/oder radialen Kräfte reduziert werden, sodass eine Geräusch- und/oder Vibrationsentwicklung des Stators reduziert werden kann.
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Die 3 bis 6 zeigen verschiedene Ausgestaltungen einer Anordnung von Polkomponenten PK innerhalb der Polbaugruppe PBG für eine unterschiedliche Anzahl von Blechpaketsegmenten BS. Die 3 bis 6 beschränken sich lediglich auf die Darstellung der Anordnung der Polkomponenten PK. Der Rotor R bzw. die Blechpaketsegmente BS sind in den 3 bis 6 nicht dargestellt.
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In 3 ist eine Polbaugruppe PBG gemäß einem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt. Der Rotor R dieses Ausführungsbeispiels umfasst vier in Längsrichtung des Rotors hintereinander angeordnete Blechpaketsegmente BS. Demnach umfasst die Polbaugruppe PBG vier in Längsrichtung der Polbaugruppe PBG hintereinander angeordnete Polkomponenten PK. Dabei weist die Polbaugruppe PBG eine erste Untergruppe U1 und eine an die erste Untergruppe U1 angrenzende zweite Untergruppe U2 auf. Die Polkomponenten PK der ersten Untergruppe U1 sind in einer ersten Richtung R1 derart versetzt zueinander angeordnet, dass die Seitenflächen SF der Polkomponenten PK der ersten Untergruppe U1 einen Versatz V1 zueinander aufweisen, sodass alle Polkomponenten PK der ersten Untergruppe U1 verschiedene Versatzpositionen einnehmen. Die Polkomponente PK der zweiten Untergruppe U2 weist eine Versatzposition auf, die zwischen den Versatzpositionen der Polkomponenten PK der ersten Untergruppe U1, die den größten Abstand und die den kleinsten Abstand zur Polkomponente PK der zweiten Untergruppe U2 in axialer Richtung des Rotors R aufweist, liegt. Mit anderen Worten weist die Polkomponente PK der zweiten Untergruppe U2 eine Versatzposition auf, die zwischen einer Versatzposition der Polkomponenten PK der ersten Untergruppe U1 liegt, die einerseits den größten Abstand in axialer Richtung der Rotors R zur Polkomponente PK der zweiten Untergruppe U2 aufweist, und andererseits den geringsten Abstand in axialer Richtung der Rotors R zur Polkomponente PK der zweiten Untergruppe U2 hat.
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Weiterhin ist vorgesehen, dass alle Versatzpositionen der Polkomponenten PK innerhalb der Polbaugruppe PBG voneinander verschieden sind. Mit anderen Worten entspricht die Versatzposition der Polkomponente PK der zweiten Untergruppe U2 eben keiner Versatzposition der Polkomponenten PK der ersten Untergruppe U1.
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In 4 ist ein zweites Ausführungsbeispiel einer Polbaugruppe PBG gezeigt. Im Unterschied zu dem in 3 gezeigten Beispiel ist die Versatzposition der Polkomponente PK der zweiten Untergruppe U2 gleich einer Versatzposition der Polkomponente PK der ersten Untergruppe U1. Dabei ist vorgesehen, dass die Polkomponente PK der ersten Untergruppe U1, dessen Versatzposition identisch zur Polkomponente PK der zweiten Untergruppe U2 ist, zwischen den Polkomponenten PK der ersten Untergruppe U1, die einerseits den größten Abstand in axialer Richtung der Rotors R zur Polkomponente PK der zweiten Untergruppe U2 aufweist, und andererseits den geringsten Abstand in axialer Richtung der Rotors R zur Polkomponente PK der zweiten Untergruppe U2 hat.
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Die 5 und 6 zeigen eine Polbaugruppe PBG eines Rotors R, der sieben Blechpaketsegmente BS aufweist.
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Bei dem in 5 gezeigten Ausführungsbeispiel weist die Polbaugruppe PBG zwei hintereinander angeordnete erste Untergruppen U1 auf. Die Untergruppen U1 sind in axialer Richtung des Rotors hintereinander angeordnet. Die Untergruppe U2 ist angrenzend an eine Untergruppe U1 angeordnet. Die zwei Untergruppen U1 sind zueinander identisch ausgebildet. Mit anderen Worten weisen die jeweiligen Untergruppen U1 die gleichen Versatzpositionen auf. Innerhalb einer ersten Untergruppe U1 sind die Polkomponenten PK jedoch derart zueinander versetzt angeordnet, dass die Polkomponenten PK einen Versatz V1 zueinander aufweisen. Die Polkomponenten PK sind in einer ersten Richtung R1 zueinander versetzt angeordnet. Demnach weisen die Polkomponenten PK innerhalb einer ersten Untergruppe einen linearförmigen Verlauf auf.
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Die Versatzposition der Polkomponenten PK der zweiten Untergruppe U2 entspricht keiner Versatzposition der Polkomponenten PK der ersten Untergruppe U1. Insgesamt hat die Polbaugruppe PBG gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel insgesamt vier verschiedene Versatzpositionen.
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In 6 ist eine Polbaugruppe PBG gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel gezeigt, wobei im Unterschied zur 5 die Versatzposition der Polkomponente PK der zweiten Untergruppe U2 identisch ist zu einer Polkomponente PK der ersten Untergruppe U1, wie dies auch in 4 beschrieben und gezeigt ist. Somit wird ein zickzack förmiger Verlauf der Polbaugruppe PBG in axialer Richtung gezeigt, wobei der Rotor R eine reduzierte Anzahl an Blechpaketschnitten aufweist, da die Anzahl der Versatzpositionen der Polkomponenten PK eine Polbaugruppe PBG reduziert ist. Ein derart ausgebildeter Rotor R hat sich als besonders vorteilhaft zur Reduzierung des Noise Vibration Harshness Verhalten erwiesen.
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Der Versatz V1 der jeweiligen Polkomponenten PK der ersten Untergruppe U1 zueinander beträgt im vierten Ausführungsbeispiel 2,887°. Dies bedeutet, dass die aufeinanderfolgenden Polkomponenten PK innerhalb der ersten Untergruppe U1 jeweils einen Versatz von 2,887° aufweisen. Die Versatzpositionen der Polkomponenten PK der an die erste Untergruppe U1 angrenzenden weiteren ersten Untergruppe U1 entsprechen den Versatzpositionen der ersten Untergruppe U1. Somit weisen auch diese aufeinanderfolgenden Polkomponenten PK der weiteren ersten Untergruppe U1 einen Versatz von 2,887° in der ersten Richtung R1 auf. Ausgehend von dem maximalen Versatz der ersten Untergruppe U1, also einer Summe der Versätze V1 der jeweiligen Polkomponenten PK der ersten Untergruppe U1, ist die Polkomponente PK der zweiten Untergruppe U2 um 2,887° in die der ersten Richtung R1 entgegen gesetzten zweiten Richtung R2 versetzt angeordnet.
